AMS: à procura de matéria escura e antimatéria Participação do IST/LIP no projecto

Documentos relacionados
Física de Partículas com Aceleradores Naturais

Proposta da área Científica para Laboratórios de Física Experimental Avançada

Física da Radiação - Radiação Cósmica

Astropartículas no LIP

Física de Partículas sem aceleradores artificiais, ou com fontes naturais. Astropartículas

Observar o Universo. astropartículas astronomia e física de partículas

ESPECTROMETRIA DE RAIOS X

1. Qual das seguintes grandezas NÃO é vectorial? A Aceleração B Força C Temperatura D Velocidade

18/Maio/2016 Aula 21. Introdução à Física Nuclear. Estrutura e propriedades do núcleo. 20/Maio/2016 Aula 22

Física de Partículas 1: Os constituintes da matéria

Raios Cósmicos: Uma outra dimensão do Universo

Por uma escola livre do SIDA

AES/XPS ESPECTROSCOPIA DE ELECTRÕES AUGER ESPECTROSCOPIA DE FOTOELECTRÕES X. Doutora M. F. Montemor Instituto Superior Técnico Julho de 2002

O Efeito do Vento Solar no Campo Geomagnético Terrestre

Um pouco sobre raios cósmicos

A15 Materiais para dispositivos ópticos

Arquitectura do Universo. Espectros, radiações e energia

Revisão de Conceitos e Fundamentos de Física das Radiações (B)

Estudo de superfícies de sólidos Maria da Conceição Paiva 1

Física de Partículas com Fontes Naturais (ou sem aceleradores artificiais) Sofia Andringa LIP Lisboa CERN, Set. 2007

Laboratório de Raios Cósmicos

Introdução a Astronomia...uma breve perspectiva do caminho que realizaremos durante o curso...

Detecção Remota. Aquisição de dados. Sistema Modelo de Detecção Remota ICIST. Energia Electromagnética. Interacções com a Atmosfera

As transformações de Lorenz fazem com que certas expressões percam validade. -Uma massa efectiva que depende da velocidade (via factor γ)

Origens históricas dos raios-x. Tubos de Crookes

Ficha de Trabalho n.º 4

Introdução a Astronomia

Campos de forças: campos gravítico, magnético e eléctrico... Cargas em movimento e seus efeitos em termos de criação de campos...

Sumários das Aulas Leccionadas 1º Periodo

RADIAÇÃO INFORMAÇÃO DO COSMOS COMO SE EXTRAI A INFORMAÇÃO VINDA DA LUZ EMITIDA POR OBJETOS ASTRONOMICOS

2.º Teste de Física e Química A 10.º A Dez minutos /

Testes iniciais da fotomultiplicadora Hamamatsu M64 para o sistema de veto

PROJECTO PULSAR EFEITOS DA RADIAÇÃO CÓSMICA EM PELÍCULA HOLOGRÁFICA

Theory Portugues BR (Brazil) Por favor, leia as instruções gerais que se encontram no envelope separado antes de iniciar este problema.

20/Maio/2013 Aula 24. Reacções nucleares Fissão (ou cisão); reactores de fissão; constante de reprodução. Fusão; reactores de fusão.

CONCEITOS RADIOMÉTRICOS

Theory Portuguese (Portugal) Por favor leia as instruções gerais no envelope separado antes de começar este problema.

EFEITO FOTOELÉCTRICO

INSTITUTO POLITÉCNICO DE BRAGANÇA ESCOLA SUPERIOR DE TECNOLOGIA E DE GESTÃO FÍSICA III. Exercícios teórico-práticos FILIPE SANTOS MOREIRA

PROCURA DE ANTIMATÉRIA NOS RAIOS

Origens históricas dos raios-x. Tubos de Crookes

Por uma escola livre do SIDA

Radiômetros imageadores

CAPÍTULO 5 Aplicação do programa a um caso prático

Escola Secundária de Lagoa. Ficha de Trabalho 4. Física e Química A

Raios Cósmicos: Fundamentos e técnicas de detecção. Carla Bonifazi Instituto de Física - UFRJ

Escola Secundária de Alcácer do Sal Química 12º ano teste 1 15/10/2003

NOBEL DE FÍSICA APRESENTARÁ NO RIO RESULTADOS INÉDITOS SOBRE A MISTERIOSA MATÉRIA ESCURA

Fichas de electromagnetismo

Detectores de partículas e radiação

Atmosfera terrestre Parte 2

Avaliação Parcial 01 - GABARITO Questões Bate Pronto. As questões 1 a 23 possuem apenas uma alternativa correta. Marque-a.

Universidade Federal do Rio Grande do Sul. Instituto de Física Departamento de Física. FIS01184 Física IV-C Área 1 Lista 1

Curso de Iniciação à. Astronomia e Astrofísica. Observatório Astronómico de Lisboa. Rui Jorge Agostinho José Manuel Afonso. Janeiro e Junho de 2013

Expansão Térmica de Sólidos e Líquidos. A maior parte dos sólidos e líquidos sofre uma expansão quando a sua temperatura aumenta:

10 Relatividade de Galileu a Einstein

Ondas Mecânicas. Exemplos de interferência construtiva, genérica e destrutiva.

Reconstrução e visualização de acontecimentos no observatório Pierre Auger. Anaísa Carvalho Pedro Braga Rui Morais Tiago Simões

12.1 Campo magnético criado por uma corrente rectilínea

O Sol e o seu interior

Ônibus Espacial. Luiz Eduardo Miranda José Rodrigues

A Descoberta da Radiação Cósmica de Fundo

O espectro eletromagnético

Workshop de Domótica e Telecomunicação. Fibras Ópticas. Patrício Moreira

Escola Secundária de Casquilhos Teste 2 de Física e Química A 10º ANO 10/12/ minutos

3 Chuveiros Extensivos de Ar

6 O campo magnético terrestre

Medição de ângulos. Sextante. Teodolito

COMUNICAÇÕES POR RADIAÇÃO ELECTROMAGNÉTICA

Detecção de um decaimento raro em CMS

10ª Série de Problemas Mecânica e Ondas (Relatividade) MEBM, MEFT, LEGM, LMAC

Índice de refracção e propriedades ópticas. Química 12º Ano. Unidade 3 Plásticos, vidros e novos materiais Actividades de Projecto Laboratorial

Termodinâmica e Estrutura da Matéria

13 as Olimpíadas Nacionais de Astronomia

Óptica Ondulatória. 1. Introdução Ondas Electromagnéticas

Lançamento do Ônibus Espacial Discovery (STS-121)

O OCEANO - SISTEMA FÍSICO E RESERVATÓRIO DE ENERGIA. A Terra no Espaço

FÍSICA NUCLEAR E PARTÍCULAS

Sensoriamento remoto 1. Prof. Dr. Jorge Antonio Silva Centeno Universidade Federal do Paraná 2016

A Natureza e Representação da Luz

Projeto Neutrinos Angra I Workshop RENAFAE

APOSTILA PREPARATÓRIA DE MEDICINA PROVAS DA UNIGRANRIO DE FÍSICA RESOLVIDAS E COMENTADAS

4 as Olimpíadas Nacionais de Astronomia Prova Final Nacional 5 de Junho de :00

Introdução. Carlos Alexandre Wuensche Processos Radiativos I

Zoo. Partículas. las. Higgs GUT. SUSY Supercordas. Teoria Cinética, Termodinâmica. Electromagnetismo. Mecânica. Electromagnético. Geiger.

Universidade da Madeira. O Sol. (c) 2009/2014 Grupo de Astronomia da Universidade da Madeira. 1Grupo de Astronomia SOHO, NASA, ESA

Aula 6. Observações em Astronomia: propriedades e dificuldades III

Lei do inverso do quadrado da distância

Electromagnetismo e Óptica

Performance das câmaras gama

Condições de montagem

Exemplo de Especificação:

EFEITO FOTO-ELÉCTRICO DETERMINAÇÃO DA CONSTANTE DE PLANCK

RADIAÇÃO, ENERGIA E ESPECTROS. Maria do Anjo Albuquerque

A experiência ATLAS. Patricia Conde Muíño (LIP e FCUL)

Óptica Ondulatória. 1. Introdução Ondas Electromagnéticas

7 as Olimpíadas Nacionais de Astronomia

Radiação: Considerações gerais

11ª Série de Problemas Mecânica e Ondas (Relatividade) MEBM, MEFT, LEGM, LMAC

18/Maio/2016 Aula 21. Introdução à Física Nuclear. Estrutura e propriedades do núcleo. 13Maio/2016 Aula 20

Transcrição:

AMS: à procura de matéria escura e antimatéria Participação do IST/LIP no projecto 1

Raios cósmicos Descobertos por Victor Hess em 1912 Medida de radiação aumenta com a altitude O que são? Partículas de elevada energia que percorrem o espaço interestelar e atingem a atmosfera terrestre Constituintes: protões (~90%) partículas (~10%) outros núcleos electrões positrões anti-protões outros... Victor Hess no seu balão (1912) 2

Porquê um detector no espaço? Não é possível detectar directamente as partículas constituintes dos raios cósmicos primários ao nível do solo Atmosfera muito espessa O que se pode detectar no solo é o resultado de uma cadeia de interacções ocorridas ao longo da atmosfera Solução: colocar detectores acima da atmosfera Duas possibilidades: Balões a grande altitude Detectores em órbita Os balões têm o inconveniente de não estarem totalmente acima da atmosfera e não poderem transportar cargas pesadas No espaço existe um vácuo quase perfeito, sendo possível colocar em órbita um detector de grande dimensão e operá-lo durante vários anos Cascata atmosférica 3

Um detector no espaço: uma série de desafios As experiências no espaço lidam com um conjunto de requisitos: Ausência de manutenção Fortes constrangimentos na massa Limites na potência de consumo Vácuo Forte radiação Variações extremas de temperatura A Estação Espacial Internacional... Mas o espaço, mesmo numa órbita próxima da Terra, oferece uma janela para o Universo exterior Detecção directa da maioria do raios cósmicos primários carregados o que é impossível à superfície terrestre 4

AMS-02 na ISS: um longo trilho... 5

Alpha Magnetic Spectrometer Vasta colaboração internacional (cerca de 600 cientistas, 56 instituições, 16 países) para a detecção de raios cósmicos primários no espaço O detector AMS-02 na Estação Espacial Internacional Protótipo no vaivém espacial (1998) 6

A experiência AMS Aquisição de dados: >3 anos na Estação Espacial Internacional Protótipo AMS-01 testado com sucesso a bordo do vaivém Discovery em Junho de 1998 Detector final AMS-02 deverá ser lançado no vaivém Endeavour (STS-134) em 29 de Abril de 2011 Objectivo: Estudo detalhado do espectro de raios cósmicos O detector AMS-02 registará um numero sem precedentes (mais de 10.000 milhões) de eventos de raios cósmicos com energias de 100 MeV a 1 TeV, aproximadamente Identificação de cargas dos núcleos atómicos até ao ferro (Z=26) Medição precisa de velocidades, permitindo separação de isótopos no caso de partículas com energias na região do GeV Estação Espacial Internacional Espectro dos raios cósmicos 7

O que AMS procura... Onde está a antimatéria? Pensa-se que no Big Bang se formaram quantidades iguais de matéria e antimatéria Não existem quantidades significativas de antimatéria na nossa região do Universo: será assim em toda a parte? A presença de anti-núcleos pesados (Z 2) nos raios cósmicos indicará que existem domínios de antimatéria no Universo Será que alguma destas galáxias é feita de antimatéria? 8

O que AMS procura... De que é feita a matéria escura? As observações astronómicas indicam que a maior parte da matéria do Universo será constituída por partículas desconhecidas Os detalhes do espectro de raios cósmicos podem dar informação sobre as partículas constituintes da matéria escura Composição do Universo (dados de WMAP, 2010) Bullet Cluster 9

Detector AMS-02 Sub-detectores: TRD (radiação de transição) TOF (tempo de voo) Tracker (detector de traços) RICH (anéis de Cherenkov) ECAL (calorímetro electromagnético) ACC (anti-coincidências) Capacidades do detector AMS: Encurvamento de trajectórias magneto permanente (0.15 T) Medidas de dados da partícula: Trigger Rigidez = p/z (Tracker) Direcção (TOF, Tracker, RICH) Velocidade (RICH, TOF, TRD) Carga (RICH, Tracker, TOF) TOF, ECAL, ACC Estatística total: >10 10 eventos 10

Participação portuguesa em AMS Portugal participa na experiência AMS através do LIP Laboratório de Instrumentação e Física Experimental de Partículas e do IST Instituto Superior Técnico A participação portuguesa na experiência iniciou-se em 1997 Actividades centradas no subdetector RICH: testes, análise de dados e simulação Membros do grupo AMS do LIP: Fernando Barão (líder do grupo) Luísa Arruda (pós-doc) Rui Pereira (pós-doc) O detector RICH de AMS-02 (espelho e matriz de detecção) 11

RICH detector Detector de focagem aproximada Dois radiadores NaF (n=1.334) quadrado central Aerogel (n=1.05) região exterior Espelho cónico (~85% reflectividade) Matriz de detecção com 680 PMTs + guias de luz cada um com 16 píxeis Tamanho do pixel: 8.5 mm NaF Matriz PMT + GL Aerogel Espelho Montagem do detector RICH ocorreu no CIEMAT, Madrid Detector transportado para o CERN em Janeiro 2008 12

Medida da velocidade com o RICH AGL105 O tracker fornece a direcção da partícula (q, f) e o ponto de impacto no radiador; Anel de Cherenkov é função do q c : método de máxima verosimilhança aplicado para reconstruir o q c ; Velocidade obtido da medida de q c. b = 1/n cos q c NaF AGL105 Z=1 NaF Z=1 13

Medida da carga eléctrica com o RICH O número de fotões de Čerenkov radiados quando uma partícula carregada atravessa um certo comprimento de radiador DL depende da sua carga Z N pe Z 2 DLsin rad geo A reconstrução de carga necessita de: Recontrução do ângulo de Čerenkov (q c ); 2 q pmt Estimativa do comprimento atravessado pela partícula DL; Contagem dos fotoelectrões associados ao anel de Čerenkov; Determinação da eficiência de detecção dos fotões c lg 14

Montagem do RICH Algumas imagens do RICH durante a sua montagem no CIEMAT... 15

RICH Espelho e matriz de detecção 16

Experiência AMS: pré-montagem 2008: pré-integração do detector AMS-02 no CERN Montagem do detector sem magneto Subdetectores testados Eventos cósmicos adquiridos AMS & RICH durante a pré-montagem, Janeiro 2008 Chegada do magneto, Dezembro 2008 17

Montagem e testes do detector AMS-02 Detector AMS-02 montado no CERN entre 2008 e 2010 Sub-detectores montados previamente em diversos locais Testes ao detector efectuados no CERN e no ESTEC Montagem do detector, CERN, Outubro 2009 Visita dos astronautas, Outubro 2009 18

Testes AMS-02 no ESTEC Tiveram lugar entre Fevereiro e Abril de 2010 no ESTEC (ESA) em Noordwijk, Holanda Teste de compatibilidade electromagnética: avaliação da sensibilidade do detector à radiação EM Teste térmico e de vácuo: detector submetido à simulação das condições espaciais (vácuo + ciclos de temperatura), temperaturas testadas até 90ºC dentro do Large Space Simulator do ESTEC Grande Simulador Espacial no ESTEC AMS-02 no ESTEC 19

...... Testes do detector, ESTEC, Abril 2010 Alan Walters / Universe Today Chegada a Cabo Canaveral, 26-08-2010 Embarque do detector em Genebra, 26-08-2010 AMS-02 em Cabo Canaveral, Setembro 2010 20

events events Testes de AMS no solo Tomada de dados de raios cósmicos no KSC desde Agosto 2010: uma larga estatística de muões Reconstrução de velocidade s b /b = 1.58 10-3 Reconstrução de carga s Z /Z = 24.2% b Z 21

event fraction event fraction Reconstrução de massa: resultados Pico de protões visível nos dados Mass resolution: Mass resolution: b = 0.975-0.980 10.4% (simulation) 12.3% (data) b = 0.985-0.990 12.4% (simulation) 14.7% (data) m m p p log(1/m) log(1/m) 22

Partida para a ISS AMS-02 partirá para a Estação Espacial Internacional a 29 de Abril de 2011 O voo de AMS (STS-134, vaivém Endeavour) será o penúltimo voo do programa de vaivéns da NASA iniciado em 1981 O vaivém Endeavour Tripulação do voo STS-134 AMS-02 na Estação Espacial Internacional 23

AMS-02: oportunidade única AMS-02 aparece nestas últimas décadas e nas próximas como uma experiência ímpar que dificilmente se repetirá: Experiência na ISS Equipada com um magneto (0.15 T) Larga aceitância (0.5 m 2 sr) Largo tempo de colecção (>3 anos) 24

Fiquem atentos: resultados muito interessantes para breve... http://www.ams02.org http://www.lip.pt/~amswww http://www.facebook.com/ams02 http://www.youtube.com/ams02tv http://www.flickr.com/photos/ams02/ http://twitter.com/ams02twitt Contactos: Fernando Barão (barao@lip.pt) Luísa Arruda (luisa@lip.pt) Rui Pereira (pereira@lip.pt) 25

BACKUP SLIDES 26

RICH: radiador Radiador duplo Silica aerogel: 92 telhas, n = 1.05 11.3 cm 11.3 cm 2.5 cm Aerogel: material com índice de refracção mais baixo de entre os sólidos Limiar de radiação E kin > 2.1 GeV/nuc NaF: região central 16 telhas, n = 1.334 Telha de aerogel 8.5 cm 8.5 cm 0.5 cm Elevado ângulo de Cerenkov (~40º) reduz perda de fotões na zona central Estende o limiar do RICH para energias mais baixas (E kin > 0.5 GeV/nuc) Suporte do radiator com NaF e 1/4 das telhas de aerogel 27

RICH: espelho ~33% dos fotões que saem do radiador apontam para fora da matriz Espelho cónico incluído para aumentar a colecção de luz Estrutura: fibra de carbono (3 segmentos) Reflector: 100 nm Al-Ni + 300 nm SiO 2 Elevada reflectividade (>85% a =420 nm) Dimensões Altura: 46 cm raio superior: 60 cm raio inferior: 67 cm Reflectividade do espelho Ângulos de incidência no espelho (aerogel) cdo (nm) 28

RICH : matriz de detecção 8 grelhas (4 rectangulares + 4 triangulares) 680 PMTs acoplados a guias de luz 16 pixeis (44) por PMT Buraco central devido à inserção do calorímetro electromagnético Célula de detecção Grelha rectangular Grelha triangular 29

RICH : célula de detecção Fotomultiplicadores Modelo: Hamamatsu R7900-MI6 Resposta espectral: 300-650 nm (pico nos 420 nm) pitch: 4.5 mm Guias de luz material: Plexiglas (n=1.49) Aumento da colecção de luz Pixel efectivo: 8.5 mm Escudo magnético (0.8-1.3 mm) Necessários devido ao elevado campo magnético residual no plano de detecção (~300 G) 30

Monitorização: caracterização da célula unitária Estudos caracterização das células unitárias feitas no CIEMAT, Madrid Todos PMTs testados Uniformidade PMT: distribuição do sinal do fotoelectrão medida é uniforme dentro 5-6% Teste funcional da grelha Distribuição das eficiências dos PMTs Mapa de eficiências dos PMTs 31

Pre-asse tests: magnetic field Magnetic field tests performed at CERN and at LCMI, Grenoble Expected stray field in PMT grid: up to ~ 300 G LCMI test: one rectangular grid, several PMTs monitored in all pixels No significant change on average PMT gain variation at pixel level observed mean pixel gain variation below 10% in worst case Magnetic field induces cross-talk between pixels Shielded PMT grid in magnetic field gain variation PMTs monitored in LCMI test N pe variation 14-5 9-4 32

Pre-assembly tests: thermal & vacuum Thermal and vacuum testing performed at CIEMAT Thermal cycling performed on individual PMTs ( 35ºC to 55ºC) and on rectangular grid (~1/5 of total matrix, 20ºC to 40ºC) Response to single photon measured in temperature range Vacuum test performed on rectangular grid setup for thermal and vacuum tests with grid thermal cycle for grid test 33

Pre-assembly tests: vibration Test of radiator container at SERMS, Terni All NaF + 1/4 of aerogel tiles vibrated with lower ToF Test of PMT grid at INTA, Madrid One rectangular grid tested (~1/5 of total matrix) Vibration tests also performed on individual unit cells setup for RICH radiator + ToF vibration test unit cell in vibration test setup for grid vibration test 34