تجربة طاقة الأشعة الكونية والكتلة

📅 آخر تحديث: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٤ أغسطس ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 2 صور
الموسوعة الحرة

إن تجربة طاقة وكتلة الأشعة الكونية ( CREAM ) هي تجربة لتحديد تكوين الأشعة الكونية حتى 10 15 إلكترون فولت (المعروف أيضًا باسم "احتمال الركبة") في طيف الأشعة الكونية .

يُفترض أن احتمال حدوث انحناء في طيف الأشعة الكونية يمكن تفسيره بالحد الأقصى النظري للطاقة التي يمكن أن تصل إليها الجسيمات عند انفجار مستعر أعظم ، وفقًا لتسارع فيرمي . تُجرى القياسات باستخدام كاشف شحنة يعتمد على التوقيت وكاشف إشعاع انتقالي، يُرسلان إلى ارتفاع لا يقل عن 34 كيلومترًا (21 ميلًا) بواسطة منطاد عالي الارتفاع .  

بعد إطلاق البالون من محطة ماكموردو في أنتاركتيكا، سيبقى محلقاً لمدة 60-100 يوم لجمع البيانات حول شحنات وطاقات الأشعة الكونية غير المعاقة التي تصطدم بأجهزة الكشف.

النتائج المتوقعة

من مزايا هذا النوع من التجارب إمكانية تحديد الجسيم الأصلي الذي تسبب في وابل الأشعة الكونية الذي رصدته أجهزة الكشف الأرضية. ويُحدد الحد الأقصى لمستوى الطاقة القابل للكشف بمدة الرحلة وحجم جهاز الكشف، وهو ما يُمثل عائقًا كبيرًا أمام إجراء تجارب من هذا النوع. ويُعد القياس الدقيق لتركيب الأشعة الكونية ضروريًا لفهم أصول الأشعة الكونية الموجودة فوق "الركبة" عند 10^ 15 إلكترون فولت. وحتى الآن، تراكمت في تجارب بالون CREAM مدة تعرض إجمالية بلغت 161 يومًا، وهي أطول مدة تعرض لأي تجربة أخرى محمولة على بالون واحد. [ 1 ] [ 2 ]

تحلق مركبة CREAM III في القارة القطبية الجنوبية

الأهداف التجريبية

  • هل يمكن تفسير "الركبة" بالتسارع الأقصى الناتج عن المستعرات العظمى؟
  • هل تغير تركيب الأشعة الكونية بمرور الوقت؟
  • هل هناك آليات متعددة مسؤولة عن إنتاج الأشعة الكونية؟

بناء

أجهزة CREAM II.

للإجابة على هذه التساؤلات، من المهم بشكل خاص دراسة الأشعة الكونية في نطاق طاقة يتراوح بين 10¹² و10¹⁵ إلكترون فولت، وذلك لوجود عدة نظريات تتنبأ بتغير في التركيب العنصري أسفل نقطة الانعطاف مباشرةً. ولتحديد الطيف العنصري للأشعة الكونية، يستخدم مرصد CREAM كاشف شحنة سيليكوني ، وكاشف شحنة زمني ، ومقاييس ضوئية ليفية متلألئة لرصد شحنة الجسيمات الساقطة حتى شحنة الحديد (Z = 26). تُقاس الطاقات باستخدام كاشف إشعاع انتقالي (TRD)، بالإضافة إلى مسعر تأين . ولأن جميع الكواشف متقاربة جدًا، يُعد تقليل التداخل بين الدُفعات الناتجة في المسعر وأجهزة قياس الشحنة أمرًا بالغ الأهمية. وللحد من هذا التأثير، يستخدم مرصد CREAM عددًا أكبر من البكسلات ذات مساحة أصغر، إلى جانب زمن قراءة سريع جدًا، للتمييز بين الأحداث الناتجة عن الجسيم الأولي والأحداث الناتجة عن التشتت العكسي من المسعر.

تسمح الكثافة المنخفضة نسبيًا لجهاز TRD بتصميم هندسي أكبر للكاشف، ما يُمكّنه من رصد الجسيمات ذات التدفق المنخفض. ومن خلال قياس عامل لورنتز γ ، بالإضافة إلى معرفة شحنة الجسيم، يُمكن معايرة الكاشف باستخدام أشعة كونية مختلفة ذات شحنة ±1 (إلكترونات، بيونات، ميونات، إلخ). ونظرًا لانخفاض طاقة القطع المغناطيسي الأرضي للأشعة الكونية بالقرب من القطب الجنوبي، يُوضع كاشف تشيرينكوف بين وحدات جهاز TRD ليعمل كحاجز لهذه الجسيمات منخفضة الطاقة. [ 3 ]

لتزويد النظام بالطاقة، يتضمن بطاريات لتخزينها، بالإضافة إلى منظومة شمسية مصممة لدعم المهمة لمدة 100 يوم. ومن المتوقع أن يستهلك الجهاز 380 واط فقط من مصدر طاقة 28 فولت، وذلك بفضل اختيار دقيق للمكونات الإلكترونية الموفرة للطاقة. في ظروف شبه فراغية، يجب اتخاذ احتياطات كبيرة ضد التفريغ الإكليلي بين المكونات الإلكترونية غير المحمية التي تعمل بجهد منخفض يصل إلى 100 فولت. ويتم التخفيف من هذا الخطر بتغليف جميع المكونات الإلكترونية ذات الصلة بمادة عازلة خفيفة الوزن، مثل الجبس.

يجب أن يكون الجهاز قادراً على العمل في نطاق واسع من درجات الحرارة، حيث أن البياض العالي للقارة القطبية الجنوبية يمكن أن يتسبب في درجات حرارة عالية جداً، في حين أن فترات الظلام ستؤدي إلى درجات حرارة منخفضة جداً.

باستثناء ثقل التوازن، يجب ألا يتجاوز الوزن الإجمالي للجهاز 2500 كيلوغرام (5500 رطل) للوصول إلى الارتفاع المطلوب. تتم عملية استعادة الجهاز بفصله عن البالون بعد تعرضه لفترة كافية، ثم تُفتح مظلة لإبطاء هبوطه. على الرغم من أن التجربة مصممة لتلبية المتطلبات الهيكلية لمرفق بالونات كولومبيا العلمية ، فمن المحتم أن تتعرض بعض الأجزاء القابلة للاستبدال في الجهاز لبعض الأضرار. الأولوية القصوى هي استعادة البيانات، وتُعتبر جميع الأنظمة الأخرى ثانوية في هذه المرحلة. 

رحلات كريم

رحلات كريم (سجل الإطلاق)
سنةتاريخ البدء (بالتوقيت العالمي المنسق)تاريخ الانتهاء (بالتوقيت العالمي المنسق)رحلة جويةمرجع
2004 16 ديسمبر 2004 27 يناير 2005 كريم ١ [ 4 ]
2005 15 ديسمبر 2005 13 يناير 2006 كريم ٢ [ 5 ]
2007 18 ديسمبر 2007 17 يناير 2008 كريم ٣ [ 6 ]
2008 18 ديسمبر 2008 7 يناير 2009 كريم IV [ 7 ]
2009 1 ديسمبر 2009 8 يناير 2010 كريم V [ 8 ]
2010 21 ديسمبر 2010 26 ديسمبر 2010 كريم 6 [ 9 ]
2016 28 نوفمبر 2016 باكوس [ 10 ]
2017 13 أغسطس 2017 فبراير 2019 آيس كريم [ 11 ]

آيس كريم

يُنطق اسم ISS-CREAM "آيس كريم"، وهو الجيل التالي من تجارب بالون CREAM التي أُرسلت إلى محطة الفضاء الدولية في 14 أغسطس/آب 2017 ضمن مهمة CRS-12 ، وسيتم تثبيتها بشكل دائم في المحطة. يقع  ISS-CREAM على ارتفاع 410 كيلومترات، أي أعلى بعشر مرات من رحلات البالونات السابقة، وسيتمكن من جمع البيانات بشكل شبه متواصل خلال مهمته التي تمتد لثلاث سنوات. ونظرًا للارتفاع الشاهق، لا يوجد غلاف جوي لتشتت الجسيمات الساقطة قبل وصولها إلى الكاشف. وكان من المتوقع أن تجمع هذه المهمة، التي تنطلق من محطة الفضاء الدولية، بيانات أكثر بعشرة أضعاف من تجارب بالون CREAM. [ 12 ]

بعد مشاكل إدارة المشروع، تم إيقاف تشغيل ISS-CREAM في فبراير 2019. [ 13 ]

التمويل

يتم تمويل تجارب CREAM حاليًا من قبل وكالة ناسا .

المتعاونون

يضم فريق التعاون الحالي لـ CREAM أعضاءً من

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ إي إس سيو وآخرون  (25 أبريل 2003). "مشروع بالون طاقة وكتلة الأشعة الكونية (CREAM)" (ملف PDF) . التقدم في أبحاث الفضاء . 33 (10): 1777-1785 . Bibcode : 2004AdSpR..33.1777S . doi : 10.1016/j.asr.2003.05.019 .
  2. ↑ "طاقة الأشعة الكونية والكتلة (CREAM)" . 4 مارس 2015.
  3. ↑ هـ. س. آهن وآخرون (10 مايو 2007). "جهاز قياس طاقة وكتلة الأشعة الكونية (CREAM)" (ملف PDF) . مجلة الأدوات والأساليب النووية في بحوث الفيزياء . 579 (3): 1034-1053 . رمز Bibcode : 2007NIMPA.579.1034A . CiteSeerX 10.1.1.476.5252 . doi : 10.1016/j.nima.2007.05.203 . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) في 4 مارس 2016.  
  4. ↑ "CREAM Flight 2004" . cosmicray umd edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017 .
  5. ↑ "CREAM Flight 2005" . cosmicray umd edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017 .
  6. ↑ "CREAM Flight 2007" . cosmicray umd edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017 .
  7. ↑ "CREAM Flight 2008" . cosmicray umd edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017 .
  8. ↑ "CREAM Flight 2009" . cosmicray umd edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017 .
  9. ↑ "CREAM Flight 2010" . cosmicray umd edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017 .
  10. ↑ "باكوس" . cosmicray umd edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017 .
  11. ↑ "الأنشطة" . cosmicray umd edu . تم الاطلاع عليه بتاريخ 15 أغسطس 2017 .
  12. ↑ "طاقة وكتلة الأشعة الكونية لمحطة الفضاء الدولية" (PDF) .
  13. ↑ كريمر، ديفيد (24 يناير 2022). "تجربة مهجورة للأشعة الكونية تنتظر احتمال الحرق". فيزياء اليوم (2). Bibcode : 2022PhT..2022b.124. . doi : 10.1063/PT.6.2.20220124a .