Espectrómetro Magnético Alpha

El espectrómetro magnético alfa (o, traducido al italiano, el espectrómetro magnético Alfa), también llamado AMS - 02, es un detector utilizado en física de partículas instalado desde el 19 de mayo de 2011 en la Estación Espacial Internacional. Está diseñado para la investigación de nuevos tipos de partículas (antimateria, materia oscura, materia extraña) mediante la medición de alta precisión de la composición de los rayos cósmicos. Sus mediciones ayudarán a los científicos a comprender las leyes detrás de la formación del universo y proporcionarán evidencia de la existencia de tipos de materia que no pueden ser revelados o producidos en el laboratorio, como la materia oscura. El jefe de la colaboración internacional que trabaja durante 15 años en la realización de este complejo instrumento es el físico de partículas, Ex Premio Nobel, Samuel Ting del MIT/CERN. La colaboración internacional incluye 56 instituciones de 16 países, con una contribución particularmente importante de Europa. La prueba de todo el experimento en la configuración de vuelo se llevó a cabo en los laboratorios del Centro Europeo de investigación y tecnología espaciales (ESTEC) de la ESA en los Países Bajos. La expedición al Centro Espacial Kennedy en Florida terminó el 26 de agosto de 2010, mientras que el lanzamiento se realizó con éxito el 16 de mayo de 2011 con la Misión STS - 134 del transbordador espacial.

El espectrómetro magnético Alfa fue propuesto en 1995 (no mucho después de la cancelación del proyecto para el Super Colisionador superconductor) por el físico de partículas y Premio Nobel del MIT Samuel Ting. La propuesta fue aceptada y Ting se convirtió en el investigador principal. Un prototipo del AMS-llamado AMS-01, una versión simplificada del detector, fue construido por el consorcio internacional bajo la dirección de Ting y voló al espacio a bordo del transbordador espacial Discovery misión STS - 91 en junio de 1998. Aunque el AMS-01 no detectó ningún rastro de anti-helio, sin embargo mostró que en el espacio este prototipo de detector funcionó. Tal misión de transbordador será el último vuelo a la estación espacial Mir. La foto de al lado fue tomada por Mir. Después del vuelo del prototipo, Ting comienza el desarrollo del sistema de investigación completo llamado AMS - 02. Este esfuerzo de desarrollo involucró el trabajo de 500 científicos de 56 instituciones y 16 países, organizados bajo el patrocinio del Departamento de energía de los Estados Unidos (DOE). Como los requisitos de energía se consideraron demasiado altos para una nave espacial independiente, el AMS - 02 fue diseñado para ser instalado como un módulo externo en la Estación Espacial Internacional utilizando la energía suministrada por el SSI. El proyecto después del desastre de Columbia fue suministrar el AMS - 02 al SSI a través del transbordador en 2005, en la misión UF4. 1 para el montaje de la estación, pero las dificultades técnicas y problemas de planificación de la lanzadera trajeron muchos retrasos. La integración final del AMS - 02 se completó con éxito y las pruebas operativas se llevaron a cabo en el CERN en Ginebra, Suiza, que implicó la exposición a potentes haces de partículas nucleares generados por los aceleradores de partículas del CERN. El AMS-02 fue enviado al Centro Europeo de investigación y Tecnología Espacial (ESTEC) de la ESA en los Países Bajos, donde llegó el 16 de febrero de 2010. Aquí fue sometido a pruebas de vacío térmico, compatibilidad electromagnética e interferencia electromagnética. La entrega al Centro Espacial Kennedy en Florida se completó el 26 de agosto de 2010, con la administración Obama, que se espera que extienda las operaciones de la Estación Espacial Internacional más allá de 2015, la decisión fue tomada por la dirección de la AMS para intercambiar el imán superconductor original del AMS - 02 con el imán - superconductor del vuelo anterior en el AMS - 01. Aunque el imán no superconductor tiene una fuerza de campo más débil, se espera que su período de tiempo en órbita operativa en SSI sea de 10 a 18 años en comparación con solo 3 años para la versión superconductora. Este tiempo adicional para la recopilación de datos se consideró más importante que tener una mayor sensibilidad.

Las actividades relacionadas con la integración de la carga útil, el lanzamiento y el despliegue del AMS - 02 son administradas por la Oficina del proyecto del espectrómetro magnético Alfa en el Centro Espacial Johnson de la NASA (Houston, Texas), EE.UU.)

El AMS-02 está programado para ser entregado a la Estación Espacial Internacional como parte de la misión de ensamblar la estación ULF6 en el vuelo STS - 134 del transbordador. Retirado del compartimiento de carga del transbordador por medio del brazo robótico del transbordador y transferido a través de un brazo robótico de la estación para su instalación, el AMS - 02 se montará en la parte superior de la estructura de armadura integrada, en el USS - 02, el lado zenit del segmento S3 del bastidor (armadura). Se requerirá al menos una actividad extravehicular (EVA) para completar la instalación, así como el reabastecimiento de última hora de helio superfluo en la bahía de carga útil del transbordador. En enero de 2020, el instrumento se sometió a una operación de reparación compleja y planificada, que involucró más de seis horas de actividad extravehicular llevada a cabo por los astronautas Luca Parmitano y Andrew Morgan. El AMS-02 había perdido dos de las cuatro bombas de refrigerante.

En 1999, después del vuelo exitoso del AMS-01, el costo total del programa AMS se estimó en 3 33 millones, con el AMS - 02 programado para volar a la Estación Espacial Internacional en 2003. Después del desastre de Columbia en 2003, y después de una serie de dificultades técnicas para la construcción del AMS - 02, el costo estimado del programa se eleva a alrededor de 1,5 mil millones de dólares. El costo del programa fue fuertemente criticado en un momento en que parecía que no haría su vuelo.

El módulo detector consiste en una serie de detectores utilizados para determinar diferentes características de la radiación y las partículas que pasan a través de él. Las características se determinan solo para las partículas que pasan a través del detector de arriba a abajo, mientras que las que entran en cualquier otro ángulo se rechazan. Los subsistemas de arriba a abajo se identifican como:

El AMS-02 utilizará el entorno espacial único para aumentar el conocimiento del universo y conducir a una comprensión de sus orígenes a través de la investigación de antimateria, materia oscura y mediciones de rayos cósmicos. La evidencia experimental indica que nuestra galaxia está hecha de materia; sin embargo, hay más de cien mil millones de galaxias y la teoría del Big Bang sobre los orígenes del universo requiere cantidades iguales de materia y antimateria. Las teorías que explican esta aparente asimetría violan otras mediciones. Si hay o no una cantidad significativa de Antimateria es una de las preguntas fundamentales sobre el origen y la naturaleza del universo. Todas las observaciones realizadas sobre el núcleo antihelio aportarían pruebas de la existencia de antimateria. En 1999, AMS - 01 estableció un nuevo límite superior de 10 -6 para la relación de flujo anti-helio/helio en el universo. El AMS-02 buscará con la sensibilidad de 10 -9, una mejora de tres órdenes de magnitud sobre el AMS-01, suficiente para alcanzar los límites del universo en expansión y finalmente resolver el problema. La materia visible en el universo, al igual que las estrellas, alcanza hasta casi el 5 por ciento de la masa total existente, conocida a través de muchas otras observaciones realizadas. El otro 95% está compuesto por materia oscura, estimada en alrededor del 20% del universo, por peso, o energía oscura, que restauraría el equilibrio. La naturaleza exacta de ambos es desconocida. Uno de los principales candidatos para la materia oscura es neutralino. Si existen neutralinas, deben colisionar entre sí y emitir un exceso de partículas cargadas detectables por AMS - 02. Cualquier pico en los flujos de positrones, anti - protones o rayos gamma de fondo podría indicar la presencia de neutralinas u otros candidatos a materia oscura. Desde el momento de su entrega a la ISS en mayo de 2011 durante 18 meses hasta diciembre de 2012, la AMS analizó 25 mil millones de rayos cósmicos descubriendo la presencia de una gran cantidad de positrones. Dos posibles explicaciones: pulsar que en sus rotaciones rápidas emiten pares electrón-positrón, o neutralinos que en sus colisiones deberían emitir positrones a altas energías. Se necesitarán más datos sobre altas energías para decidir su fuente real. Experimentalmente, se han descubierto seis tipos de quarks (arriba, abajo, extraño, encantado, inferior y superior), sin embargo, toda la materia en la Tierra se compone de solo dos tipos de quarks (arriba y abajo). Es una cuestión fundamental si hay materia que consiste en tres quarks (arriba, abajo y extraño). Este asunto se conoce como strangelet. Los Strangelets pueden tener una masa extremadamente grande y una relación carga/masa muy pequeña. Sería una forma completamente nueva de materia. la AMS-02 podría proporcionar una respuesta definitiva en cuanto a la existencia de este asunto extraordinario. La radiación cósmica es un obstáculo significativo para un vuelo espacial tripulado a Marte. Se necesitan mediciones escrupulosas del medio ambiente atravesado por rayos cósmicos para planificar las contramedidas apropiadas. La mayoría de los estudios de rayos cósmicos se realizan por medio de instrumentos transportados por globos con tiempos de vuelo medidos en días; estos estudios han mostrado variaciones significativas. El AMS-02 estará operativo en la ISS durante una misión nominal de tres años, recolectando una inmensa cantidad de datos precisos y permitiendo así mediciones de la variación a largo plazo en el flujo de rayos cósmicos sobre un campo de energía extendido, para núcleos de protones a hierro. Después de la misión nominal, el AMS-02 podrá continuar proporcionando mediciones de rayos cósmicos. Además de comprender cómo protegerse de la radiación, una condición necesaria para llevar a cabo vuelos espaciales interplanetarios humanos, estos datos le permitirán determinar con precisión la propagación interestelar y el origen de los rayos cósmicos.

El AMS - 02 fue diseñado originalmente para regresar a la Tierra en un vuelo de lanzadera después de la primera misión y el agotamiento de su suministro de helio superfluo que sirve para enfriar el solenoide del imán superconductor. Este elemento es demasiado grande y pesado para regresar después de la retirada del transbordador, por lo que ahora el plan es dejar la unidad en un lugar fuera de la estación espacial y continuar las operaciones como un detector de flujo de rayos cósmicos en una misión extendida. Los detectores de partículas AMS - 02 todavía podrán detectar partículas sin la ayuda del funcionamiento del imán superconductor, gracias a una configuración diferente de parte de la instrumentación para rastrear partículas en el campo magnético.

Durante muchos años no se sabía si el AMS - 02 sería lanzado al espacio porque no se había dado a conocer la posibilidad de volar en uno de los vuelos restantes del transbordador espacial. Después del desastre de Columbia de 2003, la NASA decidió reducir los vuelos de lanzadera y retirar los transbordadores restantes para 2010. Varios vuelos fueron cancelados del horario restante, incluido el vuelo a AMS-02. En 2006 la NASA se encontró estudiando formas alternativas de enviar el AMS-02 a la estación espacial, pero eran demasiado caras. En mayo de 2008, se propuso un proyecto de ley para lanzar el AMS - 02 a la ISS en un vuelo de lanzadera adicional en 2010 o 2011. La ley fue aprobada en sesión plenaria por la Cámara de Representantes el 11 de junio de 2008. El proyecto de ley pasó primero al Comité de Comercio, Ciencia y transporte del Senado de los Estados Unidos, donde fue igualmente aprobado. Posteriormente fue enmendado y aprobado por unanimidad por el Senado el 25 de septiembre de 2008, luego devuelto a la Cámara de Representantes el 27 de septiembre de 2008 y finalmente firmado por el Presidente George W. Bush el 15 de octubre de 2008. La ley autorizó a la NASA a agregar un vuelo del transbordador espacial a la lista antes de que el programa del transbordador espacial cesara. En enero de 2009, la NASA modificó el AMS - 02 para encajarlo en el transbordador espacial. El 16 de mayo de 2011, fue lanzado con la misión del transbordador STS - 134.

Este artículo incorpora material de dominio público del sitio web o documentos de la NASA

Rayos cósmicos

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