Alpha Magnetic Spectrometer
L'Alpha Magnetic Spectrometer (o, tradotto in italiano, Spettrometro Magnetico Alfa), anche denominato AMS-02, è un modulo sperimentale utilizzato nella fisica delle particelle che deve essere montato sulla Stazione Spaziale Internazionale. È progettato per la ricerca di diversi tipi di materia insolita tramite la misurazione dei raggi cosmici. I suoi esperimenti aiuteranno i ricercatori nello studio sulla formazione dell'universo e la ricerca di prove riguardanti la materia oscura e l'antimateria. Il ricercatore principale è il fisico delle particelle, già Premio Nobel, Samuel Ting. Il collaudo finale è stato completato alla base missilistica dell'European Space Research and Technology Centre (ESTEC) dell'ESA's in Olanda e la spedizione al Kennedy Space Center in Florida è prevista nel tardo maggio del 2010, mentre il lancio è programmato per il novembre del 2010 sul volo STS-134 dello Space Shuttle Endeavour, [1][2][3][4] prossimo all'ultimo volo del programma Space Shuttle.
| AMS-02 patch | |
| |
| Alpha Magnetic Spectrometer | |
| |
| Organizzazione | Collaborazione AMS |
|---|---|
| Tipo di missione | Raggi cosmici |
| Satellite ospite | International Space Station |
| Lancio | Non almeno fino al novembre 2010 [1] |
| Veicolo di lancio | Space Shuttle Endeavour |
| Sito di lancio | Kennedy Space Center Launch Pad 39A |
| Durata della missione | 10 anni o più [1] |
| Massa | 14.809 lb (6.717 kg) o 6731 kg (14.839 lb) |
| Lunghezza massima | |
| Consumo di energia | 2000-2500 watt |
| Pagina web | AMS-02 homepage |
| Elementi orbitali (SSI) | |
| Inclinazione | 51,6 gradi |
| Orbita | LEO |
| Altitudine minima | 341 km (184 nmi) |
| Altitudine massima | 353 km (191 nmi) |
| Periodo | ~91 minuti |
Storia
L'Alpha Magnetic Spectrometer è stato proposto nel 1995 (non molto tempo dopo la cancellazione del rpogetto per il Supercollisore Superconduttore) dal fisico delle particelle e Premio Nobel del MIT Samuel Ting. La proposta venne accettata e Ting divenne il ricercatore principale. [5]
AMS-01
Un prototipo di AMS denominato AMS-01, una versione semplificata del rivelatore, venne costruito dal consorzio internazionale sotto la direzione di Ting e ha volato nello spazio a bordo della Space Shuttle Discovery con la missione STS-91 nel giugno del 1998. Sebbene l'AMS-01 non avesse rilevato nessuna traccia di antielio [6] ha dimostrato comunque che nello spazio questo prototipo di rivelatore funzionava. Tale missione shuttle sarà l'ultimo volo verso la Stazione Spaziale Mir. La foto a fianco venne presa proprio dalla Mir. [7]
AMS-02
Dopo il volo del prototipo, Ting inizia lo sviluppo del sistema di ricerca completo denominato AMS-02. Questo sforzo per lo sviluppo coinvolse il lavoro di 500 scienziati provenienti da 56 istituzioni e 16 paesi, organizzati sotto il patrocinio del Dipartimento per l'Energia Statunitense (DOE). I requisiti di alimentazione per l'AMS-02 vennero ipotizzati troppo grandi per pratiche spaziali indipendenti. Così l'AMS-02 fu progettato per essere installato come modulo esterno sulla Stazione Spaziale Internazionale usando la stessa energia della SSI. Il progetto successivo al disastro del Columbia è stato quello di fornire l'AMS-02 alla SSI per mezzo dello shuttle nel 2005, nella missione UF4.1 per l'assemblaggio della stazione, ma le difficoltà tecniche e i problemi di pianificazione della navetta hanno apportato molti ritardi. [7]
L'integrazione finale dell'AMS-02 completata con successo e il collaudo operativo avvenne presso il CERN di Ginevra, in Svizzera, il quale prevedeva l'esposizione a potenti fasci di particelle nucleari generate dagli acceleratori di particelle del CERN. [8] L'AMS-02 è stato poi spedito all'European Space Research and Technology Centre (ESTEC) dell'ESA in Olanda dove è arrivato il 16 febbraio 2010. Qui venne sottoposto a verifiche di vuoto termico, compatibilità elettromagnetica e interferenza elettromagnetica. La consegna dell'AMS-02 è attualmente prevista per il Kennedy Space Center in Florida, U.S.A. nel tardo maggio del 2010. [3][9]
Con l'amministrazione Obama che prevede di estendere le operazioni della Stazione Spaziale Internazionale oltre il 2015, è stata presa la decisione da parte della direzione dell'AMS di scambiare l'originale magnete superconduttore dell'AMS-02 con il magnete non-superconduttore del volo precedente sull'AMS-01. Anche se il magnete non-superconduttore ha una intensità di campo più debole, il suo periodo di tempo in orbita operativa alla SSI è previsto da 10 a 18 anni contro i solo 3 anni per la versione a superconduttore. Questo tempo aggiuntivo per la raccolta dati è stato ritenuto il più importante esperimento di sensibilità superiore. [10]
Gestione del programma
Le attività connesse con l'integrazione del carico utile, del lancio, e dello spiegamento dell'AMS-02 sono gestite dall'Alpha Magnetic Spectrometer Project Office al Johnson Space Center della NASA (Houston, Texas, U.S.A.)
Spedizione e installazione sulla stazione spaziale internazionale
L'AMS-02 è previsto per essere consegnato alla Stazione Spaziale Internazionale come parte della missione per l'assemblaggio della stazione ULF6 sul volo STS-134 dello shuttle. [11] Rimosso dal vano di carico della navetta per mezzo del braccio robotico dello shuttle e trasferito tramite un braccio robotico della stazione per l'installazione, l'AMS-02 sarà montato sulla parte superiore dell'Integrated Truss Structure, sull'USS-02, il lato zenit dell'segmento S3 dell'intelaiatura (truss). Almeno un'attività extraveicolare (EVA) sarà richiesta per completare l'istallazione, oltre che il rifornimento top-off all'ultimo minuto di elio superfluido nella baia di carico utile dello shuttle. [2]
Specifiche
- Massa: 14.809 lb (6717 kg) o 6731 kg (14.839 lb)
- Potenza: 2000–2500 watt
- Stima dei dati interni: 10 Gbit/s
- Stima dei dati di base: 2 Mbit/s
- Durata della prima missione: da 10 a 18 anni
- Magnete superconduttore originale : 2 bobine di niobio-titanio a 1,8 K che produce un campo centrale di 0,87 tesla [12]
- Il magnete del volo AMS-02 venne sostituito con la versione AMS-01 non-superconduttore per poter estendere la durata dell'esperimento.
Costo
Nel 1999, dopo il successo del volo dell'AMS-01, il costo complessivo del programma AMS veniva stimato sui 33 milioni di dollari, con l'AMS-02 previsto per il volo per la Stazione Spaziale Internazionale nel 2003. [13] Dopo il disastro del Columbia nel 2003, e dopo un numero di difficoltà tecniche per la costruzione dell'AMS-02, il costo stimato del programma lievita a circa 1,5 miliardi di dollari. [14]
Il costo del programma venne criticato pesantemente nel periodo in cui sembrava che non avrebbe effettuato il suo volo. [5]
Progetto del modulo
Il modulo del rivelatore è costituito da una serie di rilevatori utilizzati per determinare diverse caratteristiche delle radiazioni e delle particelle che vi passano attraverso. Le caratteristiche sono determinate solo per le particelle che attraversano il rivelatore dall'alto in basso, mentre quelle che entrano con una qualsiasi altra angolazione vengono respinte. Dall'alto in basso i sottosistemi sono identificati come: [15]
- Il rivelatore della radiazione di transizione misura le velocità delle particelle ad elevata energia;
- Il tempo superiore del contatore di volo, insieme al tempo inferiore del contatore di volo, misura le velocità delle particelle a bassa energia;
- Il tracciatore stellare (star tracker) determa l'orientamento del modulo nello spazio;
- Il tracciatore del silicio (silicon tracker) misura le coordinate delle particelle caricate nel campo magnetico;
- Il magnete superconduttore curva il percorso delle particelle caricate in modo che possano essere identificate;
- Il contatore anti-coincidenza respinge le particelle vaganti che entrano lateralmente;
- Il tempo inferiore del contatore di volo;
- Il rivelatore di Cerenkov a imaging ad anello misura la velocità delle particelle veloci con estrema accuratezza;
- Il calorimetro elettromagnetico identifica le particelle tramite il calore prodotto nelle collisioni con il rivelatore.
Obiettivi scientifici
L'AMS-02 utilizzerà l'unico ambiente di spazio per aumentare la conoscenza della universo e portare alla compremsione delle sue origini tramite ricerche che riguardano l'antimateria, la materia oscura e le misurazioni effettuate sui raggi cosmici. [2]
Antimateria
La prova sperimentale indica che la nostra galassia è costituita di materia; tuttavia, ci sono più di cento milioni di galassie e la teoria del Big Bang sulle origini dell'universo richiede quantità uguali di materia e di antimateria. Le teorie che spiegano questa apparente asimmetria violano altre misurazioni. Se vi sia o no una quantità significativa di antimateria è una delle questioni fondamentali sull'origine e la natura dell'universo. Tutte le osservazioni effettuate sul nucleo dell'antielio fornirebbero la prova riguardo all'esistenza dell'antimateria. Nel 1999, l'AMS-01 ha stabilito un nuovo limite superiore di 10−6 per il rapporto di flusso antielio/elio nell'universo. L'AMS-02 cercherà con la sensibilità di 10−9, un miglioramento di tre ordini di grandezza rispetto all'AMS-01, sufficiente a raggiungere i confini dell'universo in espansione e risolvere definitivamente il problema.
Materia oscura
La materia visibile nell'universo, come le stelle, arriva fino a quasi il 5 per cento della massa totale esistente, nota tramite molte altre osservazioni effettuate. L'altro 95% è formata da materia oscura, stimata intorno al 20% dell'universo, in peso, o energia oscura, che ristabilirebbe l'equilibrio. L'esatta natura di entrambe è sconosciuta. Uno dei principali candidati per la materia oscura è il neutralino. Se esistono i neutralini, essi dovrebbero essere in collisione tra loro ed emettere un eccesso di particelle cariche rilevabili tramite l'AMS-02. Eventuali picchi nel positrone di fondo, anti-protone, o flussi di raggi gamma potrebbero segnalare la presenza di neutralini o altri candidati alla materia oscura.
Strangelet
Sperimentalmente sono stati scoperti sei tipi di quark (up, down, strange, charmed, bottom e top), eppure tutta la materia sulla Terra è fatta di due tipi soltanto di quark (up e down). È una questione fondamentale se vi sia materia costituita di tre quark (up, down e strange). Questa meteria è nota come strangelet. Gli strangelet possono avere una massa estremamente grande e rapporti di carica/massa molto piccoli. Sarebbe una forma completamente nuova di materia. l'AMS-02 potrebbe fornire una risposta definitiva in merito all'esistenza di questa materia straordinaria.
Radiazioni nell'ambiente spaziale
Missione prorogata
Cancellazione del lancio e ripristino
Voci correlate
Note
Questo articolo incorpora materiale di pubblico dominio proveniente dal sito web o da documenti della NASA
- ^ a b c (EN) Final Shuttle Flight Will Be Delayed at Least Until November for AMS Switchout - April 26th, 2010
- ^ a b c (EN) Alpha Magnetic Spectrometer - 02 (AMS-02), su nasa.gov, NASA, 21-08-2009. URL consultato il 03-09-2009.
- ^ a b (EN) A final test for AMS at ESTEC, in The Bulletin, CERN, 22-02-2010. URL consultato il 20-02-2010.
- ^ (EN) AMS-NASA meeting results, su ams02.org, AMS collaboration, 18-04-2010.
- ^ a b (EN) Dennis Overbye, Long-Awaited Cosmic-Ray Detector May Be Shelved, in The New York Times, 03-04-2007.
- ^ (EN) AMS Collaboration, The Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) on the International Space Station: Part I - results from the test flight on the space shuttle, in Physics Reports, vol. 366, n. 6, agosto 2002, pp. 331–405, DOI:10.1016/S0370-1573(02)00013-3.
- ^ a b (EN) Benjamin Monreal, AMS experiment mission overview, su cyclo.mit.edu.
- ^ (EN) AMS-02 Project Page, su ams-02project.jsc.nasa.gov.
- ^ (EN) Waiting for the Alpha Magnetic Spectrometer, su esa.int, ESA News, 17-12-2009. URL consultato il 09-01-2010.
- ^ (EN) AMS To Get Longer Lease On Life (XML), su aviationweek.com, Aviation Week and Space Technology, 23-04-2010. URL consultato il 23-04-2010.
- ^ (EN) Consolidated Launch Manifest, su nasa.gov, NASA, 25-08-2009.
- ^ (EN) B. Blau, Harrison S.M.; Hofer H.; Horvath I.L.; Milward S.R.; Ross J.S.H.; Ting S.C.C.; Ulbricht J.; Viertel G., The superconducting magnet system of AMS-02 - a particle physics detector to be operated on the International Space Station, in IEEE Trans. Appl. Supercond., vol. 12, n. 1, 2002, pp. 349–352, DOI:10.1109/TASC.2002.1018417.
- ^ (EN) Greg Clark, NASA Puts Big Bang to the Test, su space.com, 15-10-1999. URL consultato il 20-09-2009.
- ^ (EN) Jeremy Hsu, space.com, 02-09-2009, http://www.space.com/businesstechnology/090902-tw-antimatter-hunter.html. URL consultato il 02-09-2009.
- ^ (EN) Benjamin Monreal, The AMS Experiment, su cyclo.mit.edu, MIT. URL consultato il 03-09-2009.
Ulteriori letture
- J. Sandweiss, Overview of strangelet searches and Alpha Magnetic Spectrometer: when will we stop searching?, in J. Phys. G: Nucl. Part. Phys., vol. 30, 2004, pp. S51–S59, DOI:10.1088/0954-3899/30/1/004.
Altri progetti
Wikimedia Commons contiene immagini o altri file su Alpha Magnetic Spectrometer
