Энергетика и масса космических лучей ( CREAM ) — это эксперимент по определению состава космических лучей до энергии 10 15 эВ (также известный как «перспектива колена») в спектре космических лучей .
Была выдвинута гипотеза, что перспектива перегиба спектра космических лучей может быть объяснена теоретической максимальной энергией, до которой сверхновая может ускорять частицы в соответствии с ускорением Ферми . Измерения выполняются с использованием детектора заряда на основе синхронизации и детектора переходного излучения, отправляемого на высоту не менее 34 км (21 миль) с помощью высотного аэростата .
После запуска со станции Мак-Мердо в Антарктиде шар будет находиться в воздухе 60–100 дней, собирая данные о зарядах и энергиях беспрепятственных космических лучей, попадающих на детекторы.
Одним из преимуществ экспериментов этого типа является то, что можно идентифицировать исходную частицу, которая могла бы вызвать воздушный ливень , обнаруженный наземными детекторами. Максимальный обнаруживаемый уровень энергии определяется продолжительностью полета и размером детектора; трудный барьер, который необходимо обойти для экспериментов такого типа. Точное измерение состава космических лучей необходимо для того, чтобы понять происхождение космических лучей, обнаруженных выше «колена» при энергии 10 15 эВ. На сегодняшний день общая продолжительность экспериментов с баллонами CREAM составила 161 день, что больше, чем в любом другом одиночном эксперименте с баллоном. [1] [2]
Чтобы ответить на эти вопросы, особый интерес представляет исследование космических лучей в диапазоне от 10 12 до 10 15 эВ, поскольку несколько теорий предсказывают изменение элементного состава чуть ниже колена. Для определения элементного спектра космических лучей CREAM использует кремниевый детектор заряда , детектор временного заряда и сцинтилляционные волоконные годоскопы для обнаружения заряда падающих частиц вплоть до заряда железа (Z = 26). Энергии измеряются с помощью детектора переходного излучения (TRD) вместе с ионизационным калориметром . Поскольку все детекторы расположены в непосредственной близости друг от друга, первоочередной задачей является минимизация взаимодействия между ливнями, образующимися в калориметре, и приборами для измерения заряда. Чтобы ослабить этот эффект, CREAM использует большее количество пикселей меньшей площади, а также очень быстрое время считывания, чтобы различать события, вызванные первичной частицей, и события, вызванные обратным рассеянием от калориметра.
Относительно низкая плотность TRD позволяет использовать большую геометрию детектора для обнаружения частиц с меньшим потоком. Измеряя фактор Лоренца γ в сочетании со знанием заряда частицы, можно калибровать детектор по различным космическим лучам с зарядом ±1 (электроны, пионы, мюоны и т. д.). Из-за относительно низкой энергии геомагнитного обрезания космических лучей вблизи Южного полюса между модулями ТРД размещается черенковский детектор, который действует как вето для этих частиц низкой энергии. [3]
Что касается питания, система включает в себя батареи для хранения энергии, а также солнечную батарею, рассчитанную на работу в течение 100 дней. В целом ожидается, что прибор будет потреблять всего 380 Вт от источника питания 28 В благодаря очень тщательному выбору энергоэффективной электроники. В условиях, близких к вакууму, необходимо принимать значительные меры предосторожности против корональных разрядов между неэкранированной электроникой, работающей при напряжении всего 100 В. Это смягчается путем помещения всей соответствующей электроники в легкий диэлектрический компаунд, например, в гипс.
Прибор должен быть способен работать в широком диапазоне температур, поскольку высокое альбедо Антарктиды может вызывать очень высокие температуры, а периоды темноты приводят к очень низким температурам.
Без учета балласта общий вес инструмента не должен превышать 5500 фунтов (2500 кг) для достижения желаемой высоты. Извлечение осуществляется путем отделения инструмента от воздушного шара после достаточного воздействия, а парашют открывается, чтобы несколько замедлить спуск инструмента. Хотя эксперимент разработан с учетом структурных требований Колумбийского научного центра по производству воздушных шаров , некоторые повреждения сменных частей инструмента неизбежны. Основным приоритетом является получение данных; все остальные системы на этом этапе считаются второстепенными.
Произносится как «мороженое», ISS-CREAM представляет собой версию следующего поколения экспериментов на воздушном шаре CREAM, которая была отправлена на Международную космическую станцию 14 августа 2017 года в рамках миссии CRS-12 и будет установлена на станции на постоянной основе. Расположенный на высоте 410 км, что в 10 раз выше, чем предыдущие полеты на воздушном шаре, ИКС-КРИМ сможет принимать данные практически непрерывно в течение своей трехлетней миссии. Из-за большой высоты нет атмосферы, от которой падающие частицы могли бы разлететься, прежде чем достигнут детектора. Ожидалось, что эта миссия на МКС соберет на порядок больше данных, чем эксперименты на воздушном шаре CREAM. [12]
Из-за проблем с управлением проектом «ИСС-КРИМ» был отключен в феврале 2019 года. [13]
Эксперименты CREAM в настоящее время финансируются НАСА .
Текущая команда сотрудничества CREAM включает в себя членов из
