La collaborazione Alpha Magnetic Spectrometer (AMS), un folto gruppo di ricercatori del CERN e di altri istituti in tutto il mondo, ha recentemente presentato una serie di misurazioni di precisione delle proprietà degli isotopi dell'elio cosmico ³ lui e ⁴ Lui. Queste misurazioni sono state raccolte dall'AMS, uno spettrometro situato sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS).

"L'elio è uno degli elementi più abbondanti nei raggi cosmici, "Alberto Oliva, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "È formato da due isotopi, l'elio-4 e l'elio-3."

Elio-4, o ⁴ Lui, è un isotopo di elio che è stato prodotto principalmente nei primi tre minuti dopo il Big Bang e nella nucleosintesi stellare, che è la creazione di elementi chimici a seguito di reazioni di fusione nucleare all'interno delle stelle. Acceleratori astrofisici, come le onde d'urto dell'esplosione di supernova, accelerare questo isotopo ad alta energia.

Elio-3 o ³ Lui, d'altra parte, è generalmente prodotto dall'interazione di accelerato ⁴ Si isotopi con i materiali della nostra galassia. Identificare le differenze tra la dipendenza energetica di ³ lui e ⁴ Gli isotopi consentono ai ricercatori di derivare proprietà generali delle sorgenti, così come l'accelerazione e la propagazione dei raggi cosmici nella Via Lattea.

"I nuclei di elio possono anche percorrere distanze maggiori rispetto ai nuclei più pesanti, poiché l'elio è più compatto e interagisce meno con il materiale circostante, " disse Oliva. "Con l'elio, possiamo così esplorare le proprietà dei raggi cosmici in un volume galattico più grande, rispetto a quanto tradizionalmente si faceva con nuclei più pesanti come boro e ossigeno».

La misurazione degli isotopi dell'elio nell'AMS richiede l'uso di un tracker al silicio, che determina la quantità di moto del raggio cosmico in arrivo misurando la deflessione nel campo magnetico dell'AMS, in combinazione con la misura della velocità del sistema Time-Of-Flight (TOF) a bassa energia o del contatore Ring Imaging CHerenkov (RICH) ad alta energia. Tutti questi rivelatori possono anche misurare il numero atomico e separare l'elio da altri nuclei.

"Il TOF misura la velocità di una particella per il tempo necessario alla particella per passare attraverso due piani di scintillazione separati da circa un metro, mentre RICH misura la velocità di una particella rilevando l'anello luminoso prodotto da particelle ad alta energia che attraversano il radiatore RICH con una velocità maggiore della velocità della luce in quel mezzo, cioè per effetto Cherenkov, " ha spiegato Oliva.

Misurando la quantità di moto e la velocità indipendentemente, lo spettrometro AMS può separare con precisione ³ lui e ⁴ lui isotopi, determinandone gli spettri. Nel loro studio, Oliva e i suoi colleghi hanno presentato le misurazioni raccolte dallo spettrometro AMS, che evidenziano proprietà specifiche dei due isotopi dell'elio.

I ricercatori hanno osservato che ³ lui e ⁴ I flussi mostrano variazioni quasi identiche con il tempo e che la grandezza relativa di queste variazioni diminuisce con l'aumentare della rigidità. Lo spettrometro AMS ha raccolto le prime misurazioni della dipendenza dalla rigidità del ³ Lui/ ⁴ Il rapporto di flusso e queste misurazioni hanno rivelato che il rapporto ha una dipendenza dal tempo a lungo termine, tuttavia diventa indipendente dal tempo sopra 4GV.

"La misurazione che effettuiamo amplia la conoscenza di ³ lui e ⁴ Egli a energie più elevate (un fattore due superiore a precedenti esperimenti) e per la prima volta abbiamo potuto osservare che il rapporto nella rigidità di ³ lui e ⁴ Segue una semplice legge di potenza, un'osservazione che può consentire la discriminazione tra diversi modelli di propagazione dei raggi cosmici, " ha detto Oliva. "Abbiamo anche potuto vedere che l'attività solare è in grado di influenzare il ³ lui e ⁴ Egli spettri in un modo diverso, un risultato mai visto prima".

Le misurazioni presentate da Oliva e dal resto della collaborazione AMS forniscono nuove interessanti informazioni sulle proprietà di ³ lui e ⁴ lui isotopi, che potrebbe avere importanti implicazioni per la futura ricerca astrofisica che studi la produzione e la propagazione dei raggi cosmici. In particolare, queste misurazioni hanno rivelato che ³ Lui/ ⁴ La dipendenza dalla rigidità del rapporto di flusso può essere descritta da una singola legge di potenza, che è in accordo con gli indici spettrali B/O e B/C alle alte energie.

"Lo studio degli isotopi nei raggi cosmici (es. protone, deuterone, litio-6 e litio-7, berillio-7, beryllium-9 e beryllium-10) sfruttando al massimo la potenza combinata di Tracker, TOF e RICH potranno dire molte più cose sulla produzione e propagazione dei raggi cosmici, così come gli effetti provenienti dalla modulazione solare, " disse Oliva. "Forse troveremo qualcosa che non ci aspettiamo affatto, come succede quando vai dove nessun'altra misura è arrivata prima."

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