Аннотация: «Эффект ПАМЕЛА» уже 10 лет остается загадкой для астрофизиков. В статье предлагается считать, что эффект реально отсутствует и порожден конструктивным несовершенством аппаратуры. Создатели экспериментов ПАМЕЛА и АМС-02 руководствовались в своих расчетах неполной теорией электродинамики.

Ключевые слова: темная материя; электрон; позитрон; протон; масса; энергия.

1.Вступление

«Эффект ПАМЕЛА» заключается в необъяснимом росте количества позитронов по отношению к электронам в общем количестве регистрируемых магнитным спектрометром ПАМЕЛА вторичных электронов и позитронов, с ростом энергии начиная с 5ГэВ [1,2]. Этот же эффект наблюдается при регистрации электрон-позитронного отношения в экспериментах АМС-2 начиная с энергии 30 ГэВ [3]. Решение загадки «Эффект ПАМЕЛА» находится на стыке трех направлений физики: физики элементарных частиц, теории электродинамики и астрофизики. Рассмотрим физические особенности регистрации элементарных частиц магнитным спектрометром ПАМЕЛА и АМС-02 в околоземной космической среде (темной материи).

2. Эксперименты

2.1 Эксперимент ПАМЕЛА

Магнитный спектрометр ПАМЕЛА был запущен на борту спутника «Ресурс-ДК» на эллиптическую околополярную орбиту с высотой 350 – 600 км для изучения потоков частиц и античастиц космического излучения в широком энергетическом диапазоне от десятков МэВ до сотен ГэВ. С июля 2006г. по январь 2016г. проводились непрерывные измерения потоков космических лучей. Прибор ПАМЕЛА состоит из магнитного спектрометра на основе постоянного магнита ~0,4 Тл, окруженного детекторами антисовпадений, электромагнитного калориметра, времяпролетной системы, ливневых сцинтилляционных счетчиков и нейтронного детектора. Магнитный спектрометр имеет шесть стриповых кремниевых плоскостей, которые измеряют координаты трека с точностью до 3 мкм, что позволяет определить знак заряда частицы и их жесткость по отклонению в магнитном поле. Электромагнитный калориметр позволяет проводить разделение электромагнитных и адронных каскадов и измерять энергию электронов и позитронов с точностью не хуже 10% от нескольких ГэВ до сотен ГэВ. Времяпролетная система обладает разрешением около 300 пс и дает возможность отделить низкоэнергичные протоны от позитронов вплоть до 0,8-1 ГэВ. Создатели прибора ПАМЕЛА утверждают, что «применение полного набора критериев обеспечивает коэффициент отсеивания протонов на уровне 10^-5, что позволяет надежно выделять электроны и позитроны на фоне протонов.» [1,2]. Обратим внимание на то, что до энергии 0,8-1 ГэВ низкоэнергетические протоны отделялись от позитронов с помощью времяпролетной системы, обладающей разрешением около 300 пс., а далее разделение позитронов и релятивистских протонов осуществлялось с помощью других систем. Это электромагнитный калориметр, который служит для измерения энергии электронов и позитронов и эффективного их отделения от адронов и магнитный спектрометр ПАМЕЛА. Именно с этого момента начинает проявляться «Эффект ПАМЕЛА» ( Рис. 1)

График измерения позитрон-электронных отношений (Np/Ne) в экспериментах ПАМЕЛА

Рис.1

2.2 Эксперимент АМС-02

Альфа-магнитный спектрометр АМС предназначен для измерения высокоэнергетичных заряженных частиц с набором большой статистики ( в среднем на 2-3 порядка больше «стандартных» измерений в космических лучах). Величина электрического заряда в детекторе АМС измеряется независимо координатным детектором (Tracker), черенковским детектором (RICH), счетчиком времени полета (TOF), знак заряда и импульс частицы измеряются по траектории в магните с помощью девяти плоскостей двухстороннего координатного кремниевого детектора. Скорость частицы измеряется времяпролетной системой (TOF) с временным разрешением 160 пс, детектором переходного излучения (TRD) и черенковским детектором (RICH). Энергия электромагнитных частиц измеряется в калориметре (ECAL). Аппаратура детекторов АМС-01 и АМС-02 разрабатывалась на основе ускорительных экспериментов, ранее не использовавшихся в космических установках. Координатный детектор АМС-02 (трекер) в настоящее время является самым большим трековым детектором (площадь 6,7 м²), построенным для космических исследований. Достигнутые точности были бы очень высокими даже для наземных установок [4]. Детектор АМС-02 был размещен на Международной космической станции (МКС) и в течение 2011-2015 годов на нем проводился широкий спектр исследования космического излучения в околоземной среде. С помощью АМС-02 были проведены прецизионные измерения спектров электронов и позитронов в диапазоне энергий 0,5-700ГэВ для электронов и 0,5 - 500 ГэВ для позитронов. Анализируя результаты исследований, сотрудник Массачусетского технологического института Ю.В.Галактионов отмечает, что «ни электронный, ни позитронный спектры не могут быть описаны степенным законом с единым показателем степени во всем исследуемом интервале энергий» [4]. Прецизионные данные АМС-02 подтвердили, что при высоких энергиях отношение количества позитронов к электронам увеличивается с увеличением энергии, т.е. имеет место эффект ПАМЕЛА. Однако, по сравнению с результатами детектора ПАМЕЛА, рост вторичных позитронов относительно электронов по результатам прецизионных измерений АМС-02 начал наблюдаться не с 5 ГэВ, а с 30 ГэВ [3]. Самое замечательное, что по данным АМС-02 удалось зафиксировать наличие экстремума (резонансный максимум) в суммарном спектре электронов и позитронов при энергии внешнего излучения Wр ≈15-20ГэВ Рис.16,21,22 [4]. Это может указывать на генерацию вторичных электрон-позитронных пар в околоземной космической среде (темной материи). По утверждению Ю.В.Галактионова «одной из важнейших целей физической программы исследований АМС-02 являлось обнаружение темной материи в околоземной среде в ее негравитационных проявлениях» [4]. Одним из таких негравитационных проявлений и могла бы быть генерация вторичных электрон-позитронных пар в темной материи под воздействием космического излучения и релятивистских протонов [5].

формате PDF (154Кб)