AMS  ( 39 ) - EXPÉRIENCE - CERN - LHC ( Proche XXX )

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AMS

Le Spectromètre magnétique alpha, arrimé à la Station spatiale internationale,
recherche la matière noire, l’antimatière et la matière manquante




Vue de l'expérience AMS sur la Station spatiale internationale. (Crédit image : NASA)



En prélude : le prototype AMS-01


En 1995, le physicien américain Samuel Ting, prix Nobel de physique 1976 et membre du MIT,
propose à la NASA, à la suite de l'annulation du projet américain d'accélérateur de particules SSC,
d'installer à bord de la Station spatiale internationale un instrument mesurant l'antimatière présente dans l'univers.

Celui-ci doit analyser les rayons cosmiques qui sont en grande partie interceptés par l’atmosphère terrestre
et ne peuvent donc être observés que de manière indirecte depuis le sol.

Dans l'espace l'instrument envisagé, de grande sensibilité, devrait disposer de capacités uniques.

La proposition de Ting est acceptée par l'agence spatiale américaine, qui est à la recherche d'applications scientifiques pour la station spatiale internationale.

Ting est nommé responsable scientifique du projet.
L’instrument utilise des technologies déjà mises en œuvre en physique des hautes énergies
dans les expériences de physique nucléaire et de physique des particules ainsi qu'en astrophysique.

Toutefois il s’agit du premier spectromètre magnétique envoyé dans l’espace ce qui impose à sa conception de nombreuses contraintes.

Un prototype, baptisé AMS-01, mettant en œuvre une version simplifiée des détecteurs de l'instrument final, est développé.

En juin 1998 l'instrument est embarqué dans le cadre de la mission STS-91 de la Navette spatiale Discovery.

L'objectif de cette mission est de valider l’utilisation dans l’espace des technologies qui doivent être utilisées par l'instrument final AMS-02,
et d'étudier leur comportement.

Ce vol de 12 jours ramène une moisson scientifique, et permet de découvrir l’existence
d’une ceinture de particules cosmiques autour de l’équateur géomagnétique vers 400 km d’altitude.

Les données recueillies durant ce vol font l'objet de plus d’une dizaine de publications scientifiques.

Aucun noyau d'antimatière (anti-hélium) n'est détecté par l'instrument durant son séjour dans l'espace
ce qui permet de déterminer que le ratio anti-hélium/hélium est inférieur à 1,1 10-64.

En 2008, après avoir développé l'AMS-01, Ting commence à développer l'instrument final baptisé AMS-02


Le détecteur final AMS-02


Le Spectromètre magnétique alpha (AMS-02) est un détecteur de physique des particules
installé sur un module arrimé à la Station spatiale internationale (ISS)
dont l’objectif est la recherche de matière noire, d’antimatière et de matière manquante.
Il effectue des mesures de précision sur les rayons cosmiques.

Le 16 mai 2011, lors de son dernier vol, la navette spatiale Endeavour avait assuré le transport d’AMS
jusqu'à la Station spatiale internationale dans le cadre de la mission STS-134.

Aussitôt arrimé sur l’ISS et mis sous tension, AMS a commencé à enregistrer des données
provenant de sources primaires dans l’espace, qui ont été transmises au Centre d'opérations et de contrôle de la charge utile AMS, situé au CERN.
et, un an plus tard, quelque 17 milliards d’événements de rayons cosmiques avaient été enregistrés.

Les données sont reçues par la NASA, à Houston, puis transmises pour analyse au centre de contrôle des opérations (POCC) d’AMS au CERN.
L’expérience est menée par une collaboration de 56 institutions.
Le détecteur, qui mesure 64 mètres cubes et pèse 8,5 tonnes, a été assemblé au CERN.

L’équipage de la mission STS-134 était composé de Mark Kelly (link is external), commandant de bord,
de Gregory Johnson (link is external), pilote, de Gregory Chamitoff (link is external),  Michael Fincke (link is external)
et Andrew Feustel (link is external), spécialistes de mission, et de Roberto Vittori (link is external),
astronaute de l’Agence spatiale européenne (ESA).

La première année dans l’espace du détecteur AMS a constitué une phase d’apprentissage : les données ont été utilisées
pour étalonner le détecteur et mieux comprendre son fonctionnement
dans les conditions thermiques extrêmes rencontrées dans l'espace.

Pour voir la zone d’assemblage d’AMS au CERN (photo panoramique interactive) :

http://www.ams02.org/vr_cern/00.html

AMS a été assemblé et testé au CERN et ses composants construits dans des universités et instituts de 15 pays
(Allemagne, Espagne, Finlande, France, Italie, Pays-Bas, Portugal, Russie, Suisse,
Turquie, Chine, Corée, Taïwan, États-Unis, Mexique).

Le responsable scientifique d’AMS, S.Ting, est affilié au MIT et au CERN.

AMS est une expérience de physique des particules installée sur l’ISS et financée par le ministère de l’Énergie des États-Unis.

Depuis le début du projet, la collaboration travaille de près avec l’équipe de la NASA chargée de la gestion d'AMS au Centre spatial L.B.Johnson.



Schéma de AMS-02

Sources - http://home.cern/fr/about/experiments/ams
et
https://fr.wikipedia.org/wiki/Spectrom%C3%A8tre_magn%C3%A9tique_Alpha

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L'aventure scientifique spatiale en conférence au CERN
Posted by Cian O'Luanaigh on 30 oct. 2012. Last updated 8 nov. 2012, 15.48

Du 5 au 7 novembre 2012, le CERN accueille la 4e Conférence internationale sur la physique des particules
et fondamentale dans l'espace, SpacePart12.
Des scientifiques spécialisés dans les recherches spatiales et des décideurs des politiques spatiales du monde entier
sont attendus pour cette édition marquée par le centenaire de la découverte des rayons cosmiques.
Deux grands noms de l'aventure spatiale donneront des conférences exceptionnelles, ouvertes au grand public, les 5 et 6 novembre au CERN.

Le Lundi 5 novembre à 20h00 , Edward Stone, Professeur à l'Institut de technologie de Californie (link is external)
et responsable scientifique des sondes Voyager depuis 1972,
donnera une conférence sur l'extraordinaire aventure de ces instruments.
Sa présentation sera introduite par le Prix Nobel de physique Samuel Ting, porte-parole d'AMS,
l'expérience de physique des particules sur la Station Spatiale Internationale (ISS).

Le Mardi 6 novembre à 20h00 William Gerstenmaier, Administrateur associé de la NASA pour l'exploration humaine et les opérations,
ancien responsable des programmes de la Station Spatiale Internationale (ISS),
parlera des travaux scientifiques menées sur la Station Spatiale Internationale.
William Gerstenmaier évoquera le présent et le futur de ces recherches hors du commun,
ouvrant une fenêtre inédite pour explorer le système solaire et l'Univers.

Conférences en anglais, traduction en Français.

Retransmission en directe sur -http://webcast.cern.ch/


Source - http://home.cern/fr/about/updates/2012/10/space-adventure-comes-conference-cern


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L'expérience AMS mesure un excès d'antimatière dans l'espace
Paris, 3 avril 2013


La collaboration internationale du spectromètre magnétique Alpha AMS,
qui implique le CNRS pour la partie française, publie ses tout premiers résultats
dans sa quête d'antimatière et de matière noire dans l'espace.

Les premières observations, basées sur l'analyse de 25 milliards de particules détectées durant les 18 premiers mois de fonctionnement,
révèlent l'existence d'un excès d'antimatière d'origine inconnue dans le flux des rayons cosmiques.

Ces résultats pourraient être la manifestation de l'annihilation de particules de matière noire
telle qu'elle est décrite par certaines théories de supersymétrie,
même si des analyses complémentaires seront nécessaires pour vérifier une telle origine révolutionnaire.


Située à bord de la Station Spatiale Internationale, l'expérience AMS est un détecteur de particules dont le but est l'étude des rayons cosmiques.

Les rayons cosmiques sont des particules chargées telles que des protons ou des électrons,
qui bombardent en permanence notre planète.

Les positons, quant à eux, sont des particules d'antimatière qui ressemblent de très près à des électrons,
mais qui s'annihilent avec eux et sont de charge opposée.


Les premiers résultats de l'expérience AMS indiquent ainsi avec une précision sans précédent
la présence d'un excès de positons dans le flux des rayons cosmiques.
Il apparaît que la fraction de positons augmente de façon continue de 10 GeV à 250 GeV.
Cette variation ne peut pas être expliquée par la seule production de positons secondaires,
c'est-à-dire par ceux résultant uniquement des collisions des noyaux d'hydrogène avec le milieu interstellaire.
D'autre part, les données ne montrent pas de variation significative temporelle ou d'inhomogénéité spatiale.
Ces résultats ont été obtenus à partir d'un an et demi de données qui ont permis l'enregistrement de 25 milliards de particules
incluant 400,000 positons dans des énergies de 0.5 GeV à 350 GeV.

Un tel excès d'antimatière avait déjà été observé par le satellite PAMELA en 2008, puis par le satellite Fermi, à des énergies inférieures.

Les données d'AMS dépassent le domaine en énergie précédemment sondé et viennent confirmer avec une précision
et une quantité de données sans précédent qui ne laissent plus place au doute quant à l'existence de cet excès de positons.

L'origine de ce signal, en revanche, reste inexpliqué.
Il pourrait être le fait de pulsars proches de notre galaxie ou être la signature de l'existence de particules de matière noire.

Les théories de supersymétrie prédisent en effet l'observation d'un tel excès de positons qui résulterait de l'annihilation de particules de matière noire.

De tels modèles prévoient également une « coupure » aux énergies élevées.
Plus de données seront nécessaires pour déterminer avec précision la proportion de positons au-dessus de 250 GeV.

La présence de matière noire dans notre univers n'est jusqu'à présent détectée que de manière indirecte au travers de ses effets gravitationnels.

Cependant, la nature de cette matière noire reste l'un des plus importants mystères de la physique moderne
alors qu'elle compterait pour près d'un quart de l'ensemble de la balance masse-énergie de l'Univers,
contre seulement 4 à 5 % pour la matière ordinaire visible.
L'une des hypothèses favorites des physiciens est que cette matière noire serait constituée de particules interagissant très peu avec la matière.

Les premiers résultats d'AMS sont publiés dans la revue Physical Review Letters.



AMS est le fruit d'une large collaboration internationale réunissant près de 600 chercheurs, avec une très importante participation européenne.

Le détecteur a été assemblé sur le site français du CERN, l'organisation européenne pour la recherche nucléaire.
C'est également là que se trouvera le centre scientifique de traitement des données d'AMS.

La France a joué un rôle majeur dans la conception et la réalisation de plusieurs parties de cet instrument, à travers quatre laboratoires du CNRS :

le Laboratoire d'Annecy-le-Vieux de physique des particules (CNRS/Université de Savoie) pour le calorimètre électromagnétique,

le Laboratoire de physique subatomique et de cosmologie (CNRS/Université Joseph Fourier/Grenoble INP) pour le détecteur Cherenkov à imagerie annulaire,

le Laboratoire Univers et particules de Montpellier (CNRS/Université Montpellier 2) pour la responsabilité complète du système GPS spatial,

et le Centre de Calcul de l'IN2P3 du CNRS, qui a fourni une bonne partie des ressources informatiques pour la simulation de l'expérience et la préparation de la physique.

De nombreuses industries françaises ont également contribué à la réalisation du détecteur.

Les laboratoires français ont reçu le soutien financier du CNRS et du CNES, mais aussi de la Région Rhône-Alpes,
de la Région Languedoc-Roussillon et du département de Haute-Savoie,
en raison de l'impact positif sur l'industrie et sur la formation de ces collectivités territoriales.



Source - http://www2.cnrs.fr/presse/communique/3047.htm


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Nouveaux résultats de l'expérience spatiale AMS
Posted by Corinne Pralavorio on 23 sep. 2014. Last updated 23 sep. 2014, 15.28.


La collaboration du Spectromètre Magnétique Alpha (AMS) a présenté le 18 septembre de nouveaux résultats basés sur l’analyse de 41 milliards de particules observées par le détecteur AMS, arrimé à la Station spatiale internationale. Les résultats, présentés à un séminaire au CERN, apportent un nouvel éclairage sur la nature du mystérieux excédent de positons observé dans le flux de rayons cosmiques. Ces résultats sont publiés aujourd’hui dans la revue Physical Review Letters.

L’expérience AMS est capable de dresser une carte du flux de rayons cosmiques avec une précision sans précédent et, dans les résultats publiés aujourd’hui, la collaboration présente de nouvelles données à des énergies jamais enregistrées auparavant.

La collaboration AMS a analysé 41 milliards d’événements correspondant à des rayons cosmiques primaires, parmi lesquels 10 millions ont été identifiés comme des électrons ou des positons.
Il apparaît clairement dans les mesures que la répartition de ces événements dans une gamme d’énergies allant de 0,5 à 500 GeV montre une augmentation des positons à partir de 8 GeV, quelle que soit la direction d’où proviennent les rayons dans l’espace.
L’énergie à laquelle la proportion de positons cesse d’augmenter a été mesurée à 275±32 GeV.

La rapidité de cette diminution quand on atteint l’énergie correspondant au point d’inflexion est très importante pour les physiciens car elle pourrait indiquer que l’excédent de positons est la signature de particules de matière noire qui s’annihilent en paires d’électrons et de positons.

Même si les mesures actuelles pourraient être expliquées par des objets tels que les pulsars, elles ressemblent étrangement à ce que pourraient donner des particules de matière noire ayant des masses de l’ordre de 1 TeV.
Différents modèles sur la nature de la matière noire prédisent différents profils de l’excédent de positons par rapport à la proportion de positons attendue dans les collisions de rayons cosmiques ordinaires.

Par conséquent, les résultats pour des énergies plus élevées seront d’une importance capitale, dans un futur proche, pour déterminer si le signal provient de la matière noire ou d’une source cosmique.


Source - http://home.cern/fr/about/updates/2014/09



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Derniers résultats de l’expérience AMS
Posted by Cian O'Luanaigh on 16 avr. 2015. Last updated 16 avr. 2015, 15.46

La collaboration du Spectromètre magnétique alpha (AMS) présente aujourd’hui les résultats les plus récents
de ses recherches visant à comprendre l’origine des rayons cosmiques et de la matière noire.

Ces résultats étonnants seront partagés et discutés pendant les « Journées AMS »,
qui commencent aujourd’hui au CERN, auxquelles seront présents de nombreux
physiciens théoriciens, parmi les plus éminents du monde,
ainsi que les responsables scientifiques de certaines des plus grandes expériences actives
dans le domaine de la physique des rayons cosmiques.

L’objectif principal de cet échange scientifique est de comprendre les corrélations
entre les résultats d’AMS, ceux des autres grandes expériences sur les rayons cosmiques
et les théories actuelles.

« Je suis extrêmement heureux qu’un si grand nombre de scientifiques,
parmi les plus éminents du monde, s’intéressent aux résultats d’AMS
et se rendent au CERN pour cette réunion », s’est félicité savoir Samuel Ting,
porte-parole d’AMS.

AMS présente surtout de nouveaux résultats inattendus sur le rapport entre protons et antiprotons
dans les rayons cosmiques, et sur les flux de protons et d’hélium.

Les modèles actuels sur les rayons cosmiques ordinaires ne permettent pas
d’expliquer les résultats d’AMS.
Ces nouvelles observations pourraient fournir des informations importantes
pour comprendre la production et la propagation des rayons cosmiques.

Il est possible que ces résultats s’expliquent par de nouvelles sources astrophysiques
ou de nouveaux mécanismes d’accélération et de propagation ;
les derniers résultats d’AMS sont compatibles également avec des collisions
mettant en jeu la matière noire.

Source - http://home.cern/fr/about/updates/2015/04/ams-days-experiments-present-latest-results


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