Rumstationens kronjuvel

En fantastisk kosmisk stråle detektor, Alpha Magnetic Spectrometer, skal skanne kosmos for mørkt stof, antistof og andet

George Musser*

Verdens mest avancerede kosmisk stråle detektor tog 16 år og 2 milliarder dollars at bygge og for ikke så længe siden så det ud til, at den ville ende op lagt i mølpose i et lager. NASA, som fik besked på at færdiggøre bygningen af rumstationen og trække rumfærgen tilbage ved slutningen af 2010, sagde, at de simpelthen ikke havde plads i planlægningen til at opsende instrumentet. At redde det krævede en lobby kampagne af fysikere og indblanding fra Kongressen for at strække færgeprogrammet. Og således er færgen Endeavour planlagt til at starte den 19. april (opsendt 16. maj, 2011, o.a.) med det udtrykkelige formål at levere Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) til den Internationale Rumstation.

Kosmiske stråler er subatomare partikler og atomkerner, der zipper og zapper gennem rummet; de kommer fra almindelige stjerner, supernova eksplosioner, neutronstjerner, sorte huller og hvem ved hvad - hvor den sidste kategori naturligt er af største interesse og hoveddrivkraften for et spritnyt instrument. Mørkt stof er en af disse mulige mystiske kilder. Klumper af stoffet ude i rummet kunne i tidens løb udløse stråler af partikler, der ville tænde detektorerne. Nogle fysikere spekulerer også på, at vor planet måske blev krydret med et tilfældigt antiatom kommende fra fjerne galakser, der ikke er lavet af stof men af dets onde antitvilling.

Spektrometerets krav på berømmelse er, at det kan kende forskel på det almindelige og det ualmindelige, som ellers let slås sammen. Intet andet instrument har den kombination af detektorer, der kan lokke alle en partikels egenskaber frem: masse, hastighed, type, elektrisk ladning. Dets nærmeste forgænger er PAMELA instrumentet, opsendt af et europæisk konsortium i 2006. PAMELA har set tegn på mørkt stof og andre eksotiske ting, men dets resultater forbliver uklare, fordi det mangler evnen til at skelne en antipartikel med lav masse, som en positron, fra en høj masse almindelig partikel med samme elektriske ladning, som en proton.

AMS instrumentet er et monster i rumfartsprogrammets standarder med en masse på syv metriske tons (mere end 14 gange tungere end PAMELA) og et kraftforbrug på 2.400 watt. På en mærkelig symbiotisk måde er det og rumstationen kommet til at retfærdiggøre hinandens eksistens. Stationen tilfredsstiller instrumentets tørst for kraft og kredsløbsjusteringer; selvom spektrometeret aldrig kan formilde stationens mange skeptikere betyder det i det mindste at udposten vil gøre forskning i verdensklasse. Mens CERNs Large Hadron Collider lodder naturens dybder på jorden, vil Alpha Magnetic Spectrometer gøre det samme fra kredsløbet.

1. Antisammenfaldstæller. Formål: Identificere partikler der kommer ind fra siden. Konstruktion: Cylinder af gennemsigtige fliser, som gløder, når en ladet partikel passerer igennem. Virkemåde: En partikel behøver at flyve gennem hele instrumentets længde for at alle detektorerne kan indsamle de nødvendige data. Denne detektor registrerer partikler, der kommer ind fra siden, så kontrolsystemet kan kassere signalet de efterlod i andre instrumenter.	2. Overgangsstrålingsdetektor. Formål: Skelne partikler med lav masse fra partikler med høj masse. Konstruktion: 20 stablede lag af uld og strårør. Virkemåde: Når en partikel af lav masse passerer gennem fibrene i ulden kan den udsende en røntgenstråle, som detekteres af en række gasfyldte rør nedenunder.	3. Flyvetid System 1. Formål: Måle partikelhastighed og ladning. Konstruktion: Ark af gennemsigtig polymer, der gløder når en ladet partikel passerer igennem. Virkemåde: Et par af disse detektorer tager tid på, hvor hurtigt partiklen flyver gennem instrumentets længde.
4. Magnet. Formål: Afbøje ladede partiklers bane. Konstruktion: Permanent magnet med en feltstyrke på 0,15 tesla. Denne magnet erstatter den kryogene superledende magnet brugt i det oprindelige design, giver instrumentet længere levetid. Virkemåde: Når den passerer igennem afbøjes en positivt ladet partikel til venstre, en negativt ladet til højre.	5. Silicium Sporer. Formål: Måle partikel ladning og impuls. Konstruktion: Ni niveauer af partikel detektorer. Virkemåde: Detektorerne sporer hver partikels bane gennem magnetfeltet.	6. Flyvetid System 2.
7. Ring billeddannende Cherenkov detektor. Formål: Måle partikelhastighed. Konstruktion: Aerogel og natrium fluorid omringet af lyssensorer. Virkemåde: Lysets hastighed i aerogel er 5% langsommere end i vakuum; i natrium fluorid 23% langsommere. En partikel der bevæger sig med næsten vakuum hastigheden af lys vil udstråle en distinkt blå kegle af lys kaldet Cherenkov stråling.	8. Elektromagnetisk kalorimeter. Formål: Måle partikeltype og retning. Konstruktion: Lag af blyfolie epoxet sammen med indesluttet fiberoptik. Virkemåde: Partiklen smækker ind i materialet og frembringer en spray af rester; resternes natur identificerer partiklen. Ulig andre instrumenter registrerer kalorimeteret også uladede partikler som fotoner.

* George Musser er stabsredaktør.

Illustration af Don Foley.

Fra The Space Station’s Crown Jewel, Scientific American, Maj 2011, side 56-57.

Top

Index