Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) samarbete, en stor grupp forskare från CERN och andra institut världen över, har nyligen presenterat en serie precisionsmätningar av egenskaperna hos kosmiska Helium -isotoper ³ Han och ⁴ Han. Dessa mätningar samlades in av AMS, en spektrometer som ligger på International Space Station (ISS).

"Helium är ett av de mest förekommande elementen i kosmiska strålar, "Alberto Oliva, en av forskarna som genomförde studien, berättade för Phys.org. "Den är gjord av två isotoper, helium-4 och helium-3. "

Helium-4, eller ⁴ Han, är en Helium -isotop som främst producerades under de tre första minuterna efter Big Bang och vid stjärnnukleosyntes, vilket är skapandet av kemiska element som ett resultat av kärnfusionsreaktioner inom stjärnor. Astrofysiska acceleratorer, såsom supernova -explosionschockvågor, påskynda denna isotop till hög energi.

Helium-3 eller ³ Han, å andra sidan, genereras generellt genom interaktionen mellan accelererad ⁴ Han isotoper med materialen i vår galax. Identifiera skillnaderna mellan energiberoendet för ³ Han och ⁴ Han isotoper gör det möjligt för forskare att härleda källornas allmänna egenskaper, liksom acceleration och förökning av kosmiska strålar i Vintergatan.

"Heliumkärnor kan också resa längre sträckor med avseende på tyngre kärnor, eftersom helium är mer kompakt och interagerar mindre med det omgivande materialet, "Oliva sa." Med helium, vi kan alltså utforska egenskaperna hos kosmiska strålar i en större galaktisk volym, med avseende på vad som traditionellt har gjorts med tyngre kärnor som bor och syre. "

Mätning av heliumisotoper i AMS kräver användning av en kiselspårare, som bestämmer momenten för den inkommande kosmiska strålen genom att mäta avböjningen i AMS:s magnetfält, i kombination med mätning av hastigheten för Time-Of-Flight-systemet (TOF) vid låg energi eller Ring Imaging CHerenkov-räknaren (RICH) vid hög energi. Alla dessa detektorer kan också mäta atomnumret och separera helium från andra kärnor.

"TOF mäter en partikels hastighet med den tid som krävs för att partikeln ska passera genom två scintillationsplan separerade med cirka en meter, medan RICH mäter en partikels hastighet genom detektering av ljusringen som produceras av partiklar med hög energi som passerar RICH -radiatorn med en hastighet som är snabbare än ljusets hastighet i det mediet, d.v.s. genom Cherenkov -effekten, "Förklarade Oliva.

Genom att mäta momentum och hastighet oberoende, AMS -spektrometern kan exakt separera ³ Han och ⁴ Han isotoper, bestämma deras spektra. I deras studie, Oliva och hans kollegor presenterade mätningarna som samlats in av AMS -spektrometern, som belyser specifika egenskaper hos de två Helium -isotoperna.

Det observerade forskarna ³ Han och ⁴ Han flöden uppvisar nästan identiska variationer med tiden och att den relativa storleken på dessa variationer minskar med stigande styvhet. AMS -spektrometern samlade de första mätningarna av styvhetsberoendet hos ³ Han/ ⁴ Flödesförhållandet och dessa mätningar avslöjade att förhållandet har ett långsiktigt tidsberoende, men det blir tidsoberoende över 4GV.

"Mätningen vi utför utökar kunskapen om ³ Han och ⁴ Han till högre energier (en faktor två högre än tidigare experiment) och för första gången kunde vi observera att förhållandet i styvheten av ³ Han och ⁴ Han följer en enkel maktlag, en observation som kan tillåta diskriminering mellan olika kosmiska strålningsmodeller, "Oliva sa." Vi kunde också se att solaktiviteten kan påverka ³ Han och ⁴ Han spektra på ett annat sätt, ett resultat som aldrig har sett förut. "

De mätningar som presenteras av Oliva och resten av AMS -samarbetet ger ny intressant insikt om egenskaperna hos ³ Han och ⁴ Han isotoper, vilket kan ha viktiga konsekvenser för framtida astrofysikforskning som undersöker kosmisk strålproduktion och förökning. I synnerhet, dessa mätningar avslöjade att ³ Han/ ⁴ Störhetsberoendet för flödesförhållandet kan beskrivas med en enda kraftlag, som överensstämmer med B/O- och B/C -spektralindex vid höga energier.

"Studiet av isotoper i kosmiska strålar (t.ex. proton, deuteron, litium-6 och litium-7, beryllium-7, beryllium-9 och beryllium-10) som maximalt utnyttjar den kombinerade kraften hos Tracker, TOF och RICH kommer att kunna berätta många fler saker om produktion och förökning av kosmiska strålar, liksom effekter som kommer från solmodulationen, "Sa Oliva." Kanske hittar vi något som vi inte förväntar oss alls, som det händer när du går där inga andra mätningar har nått tidigare. "

© 2019 Science X Network