[論文レビュー] Alpha Magnetic Spectrometer (AMS02) experiment on the International Space Station (ISS)

B. Alpat|arXiv (Cornell University)|Aug 27, 2003

Dark Matter and Cosmic Phenomena参考文献 1被引用数 7

ひとこと要約

本論文は、国際宇宙ステーション（ISS）上での宇宙線の検出を目的としたアルファ磁気分光計（AMS02）実験を提示する。AMS02は、反物質およびダークマターの探索を目的として、大規模な磁気分光計を用い、高精度な粒子追跡および同定を実現することで、宇宙線の組成およびエネルギースペクトルの高精度測定を可能にし、AMS01などの以前のミッションに比べて感受性を著しく向上させる。

ABSTRACT

The Alpha Magnetic Spectrometer experiment is realized in two phases. A precursor flight (STS-91) with a reduced experimental configuration (AMS01) has successfully flown on space shuttle Discovery in June 1998. The final version (AMS02) will be installed on the International Space Station (ISS) as an independent module in early 2006 for an operational period of three years. The main scientific objectives of AMS02 include the searches for the antimatter and dark matter in cosmic rays. In this work we will discuss the experimental details as well as the improved physics capabilities of AMS02 on ISS.

研究の動機と目的

• 宇宙線に含まれる原始的反物質の探索を目的とし、それが宇宙の物質・反物質の非対称性を示すものである。
• 高エネルギーの宇宙線粒子、例えば陽電子や反プロトンの特徴を検出することで、ダークマターの崩壊に起因する兆候を特定すること。
• 宇宙線の組成およびエネルギースペクトルを、これまでにない精度で測定し、その起源および伝播機構を理解すること。
• 2006年のISSへの打ち上げに先立ち、最終的なAMS02構成の性能と科学的潜在能力を検証すること。
• ISSの特異な軌道プラットフォームを活用し、長期間にわたり低バックグラウンド環境を提供する宇宙線物理学の研究を実現すること。

提案手法

• AMS02実験は、大規模な永久磁石を用いて荷電粒子の軌道を曲げ、運動量および電荷の測定を可能にする。
• 時間飛行計測系、リングイメージング・チェレンコフ検出器、および遷移放射線検出器を用いて、粒子種別の同定を実施する。
• シリコントラッカーが高空間分解能で粒子の軌道を記録し、運動量および電荷を特定する。
• ISS上での3年間の運用寿命を想定し、低地球軌道で継続的なデータ収集を実現する。
• 宇宙船のバックグラウンドにほとんど影響を受けないよう、ISSに独立したモジュールとして統合されている。
• リアルタイムでデータを収集し、粒子のエネルギー、電荷、軌道を高い精度で再構築する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 高エネルギーの宇宙線陽電子のフラックスはどの程度であり、それがダークマターの消失に起因するピークと整合性を持つだろうか？
• RQ2 宇宙に原始的反ヘリウムやその他の反物質核の一次的源が存在するだろうか？それらは原始的反物質の存在を示唆するだろうか？
• RQ3 宇宙線スペクトルはエネルギーに応じてどのように変化するのか？また、それは粒子加速および伝播メカニズムに関する何を明らかにするのか？
• RQ4 この装置は、宇宙線スペクトルにおいて天体的起源の信号とダークマターの信号を区別できるだろうか？
• RQ5 完全なAMS02システムの宇宙空間での性能はどのようであり、ダークマターおよび反物質検出に必要な感受性を満たしているだろうか？

主な発見

• AMS02実験は、AMS01ミッションに比べ、希少な宇宙線種の検出感度を1000倍向上させることを目的として設計されている。
• 装置の磁気分光計により、1000 GeVまで達する宇宙線粒子の運動量および電荷を高精度で測定可能である。
• 複数の粒子同定システムの組み合わせにより、バックグラウンドイベントの遮断が数個のオーダーに及ぶ。
• 最終的なAMS02構成は、ISSの宇宙環境における長期間にわたる高精度測定に最適化されている。
• AMS02は2006年初頭にISSへの設置が予定されており、3年間の運用寿命が想定されている。
• 特に反デュテロンや高エネルギー陽電子のような希少粒子の検出において、AMS01に比べて科学的性能が著しく向上している。