La collaboration Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), un grand groupe de chercheurs du CERN et d'autres instituts du monde entier, a récemment présenté une série de mesures de précision des propriétés des isotopes cosmiques de l'hélium ³ Lui et ⁴ Il. Ces mesures ont été collectées par l'AMS, un spectromètre situé sur la Station spatiale internationale (ISS).

"L'hélium est l'un des éléments les plus abondants dans les rayons cosmiques, " Alberto Oliva, l'un des chercheurs qui a mené l'étude, dit Phys.org. "Il est fait de deux isotopes, l'hélium-4 et l'hélium-3."

Hélium-4, ou ⁴ Il, est un isotope d'hélium qui a été principalement produit dans les trois premières minutes après le Big Bang et dans la nucléosynthèse stellaire, qui est la création d'éléments chimiques à la suite de réactions de fusion nucléaire au sein des étoiles. Accélérateurs astrophysiques, telles que les ondes de choc d'explosion de supernova, accélérer cet isotope à haute énergie.

Hélium-3 ou ³ Il, d'autre part, est généralement produit par l'interaction de ⁴ Il isotopes avec les matériaux de notre galaxie. Identifier les différences entre la dépendance énergétique des ³ Lui et ⁴ Les isotopes permettent aux chercheurs de déduire les propriétés générales des sources, ainsi que l'accélération et la propagation des rayons cosmiques dans la Voie lactée.

"Les noyaux d'hélium peuvent également parcourir de plus longues distances par rapport aux noyaux plus lourds, puisque l'hélium est plus compact et interagit moins avec le matériau environnant, " dit Oliva. " Avec de l'hélium, on peut ainsi explorer les propriétés des rayons cosmiques dans un plus grand volume galactique, par rapport à ce qui a été traditionnellement fait avec des noyaux plus lourds tels que le bore et l'oxygène."

La mesure des isotopes de l'hélium dans l'AMS nécessite l'utilisation d'un tracker au silicium, qui détermine la quantité de mouvement du rayon cosmique entrant en mesurant la déviation dans le champ magnétique de l'AMS, en combinaison avec la mesure de la vitesse du système de temps de vol (TOF) à basse énergie ou du compteur Ring Imaging CHerenkov (RICH) à haute énergie. Tous ces détecteurs peuvent également mesurer le numéro atomique et séparer l'hélium des autres noyaux.

"Le TOF mesure la vitesse d'une particule par le temps nécessaire à la particule pour traverser deux plans de scintillation séparés d'environ un mètre, tandis que RICH mesure la vitesse d'une particule par la détection de l'anneau lumineux produit par des particules à haute énergie traversant le radiateur RICH avec une vitesse plus rapide que la vitesse de la lumière dans ce milieu, c'est-à-dire par l'effet Cherenkov, " expliqua Oliva.

En mesurant la quantité de mouvement et la vitesse indépendamment, le spectromètre AMS peut séparer avec précision ³ Lui et ⁴ Il isotopes, déterminer leurs spectres. Dans leur étude, Oliva et ses collègues ont présenté les mesures recueillies par le spectromètre AMS, qui mettent en évidence les propriétés spécifiques des deux isotopes de l'hélium.

Les chercheurs ont observé que ³ Lui et ⁴ Les flux présentent des variations presque identiques avec le temps et que l'amplitude relative de ces variations diminue avec l'augmentation de la rigidité. Le spectromètre AMS a collecté les premières mesures de la dépendance à la rigidité du ³ Il/ ⁴ He rapport de flux et ces mesures ont révélé que le rapport a une dépendance temporelle à long terme, pourtant, il devient indépendant du temps au-dessus de 4GV.

« La mesure que nous effectuons étend la connaissance de ³ Lui et ⁴ Il à des énergies plus élevées (un facteur deux de plus que les expériences précédentes) et pour la première fois nous avons pu observer que le rapport dans la rigidité de ³ Lui et ⁴ Il suit une simple loi de puissance, une observation qui peut permettre de discriminer entre différents modèles de propagation des rayons cosmiques, " a déclaré Oliva. "Nous avons également pu voir que l'activité solaire est capable d'affecter le ³ Lui et ⁴ Il spectre d'une manière différente, un résultat jamais vu auparavant."

Les mesures présentées par Oliva et le reste de la collaboration AMS fournissent de nouvelles informations intéressantes sur les propriétés de ³ Lui et ⁴ Il isotopes, ce qui pourrait avoir des implications importantes pour les futures recherches en astrophysique portant sur la production et la propagation des rayons cosmiques. Notamment, ces mesures ont révélé que la ³ Il/ ⁴ La dépendance à la rigidité du rapport de flux peut être décrite par une seule loi de puissance, ce qui est en accord avec les indices spectraux B/O et B/C aux hautes énergies.

"L'étude des isotopes dans les rayons cosmiques (par exemple le proton, deutéron, lithium-6 et lithium-7, béryllium-7, béryllium-9 et béryllium-10) exploitant au maximum la puissance combinée du Tracker, TOF et RICH pourront en dire beaucoup plus sur la production et la propagation des rayons cosmiques, ainsi que des effets provenant de la modulation solaire, " dit Oliva. " Peut-être trouverons-nous quelque chose auquel nous ne nous attendons pas du tout, comme cela se produit lorsque vous allez là où aucune autre mesure n'a atteint auparavant."

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