PRR Project

Summary

A presente proposta visa o financiamento da participação portuguesa na experiência AMS (Espectrómetro Magnético Alfa), um observatório de raios cósmicos (RC) instalado na Estação Espacial Internacional (ISS). Trata-se de uma experiência reconhecida pelo CERN, sendo uma larga colaboração internacional que envolve cerca de 500 investigadores de institutos oriundos da América, Europa e Ásia. A ESA (Agência Espacial Europeia) e a NASA (Agência Espacial Americana) são duas das principais organizações que a apoiam. AMS-02 é um detetor de partículas desenhado para a deteção direta de RC na vizinhança da Terra vindos do Universo. O seu conjunto de sub-detetores permite a identificação de um largo espectro de partículas e antipartículas. O grande tempo de exposição conjugado com a larga aceitância permitem uma coleção de dados sem precedentes - mais de 230 000 milhões até à data. O grupo AMS/LIP participou ativamente na conceção e construção da experiência com ênfase no sub-detector de anéis de Cherenkov (RICH). Um dos algoritmos de reconstrução de carga e velocidade foram desenvolvidos pelo grupo. A experiência AMS, única no contexto atual da física de astro-partículas, propicia uma janela de oportunidade para participar num grande desafio científico e constitui também uma excelente plataforma para a formação de estudantes. É expectável que a experiência permaneça no espaço durante um período de tempo correspondente ao tempo de vida da estação (pelo menos até 2030), coletando dados ininterruptamente a uma taxa de aproximadamente 45 milhões/dia. Para além disso, um melhoramento no aparato, esperado para o início de 2026, irá aumentar a aceitância do detetor por um factor 3. AMS ambiciona esclarecer algumas das questões mais fundamentais da Física contemporânea. Sendo a primeira experiência científica dedicada à deteção de partículas a funcionar fora da atmosfera terrestre com esta magnitude de aceitância geométrica e tempo de exposição, AMS é pioneira a abordar os seguintes tópicos científicos: Procura de antimatéria no Universo: ??????? A deteção em AMS de núcleos seria um forte indício da existência de zonas do Universo constituídas por antimatéria. A longa estadia de AMS na estação permitirá atingir uma elevada sensibilidade na deteção de antinúcleos. Deteção Indireta de matéria escura:  Existem indícios que 90% do Universo é composto por matéria escura. A sua natureza continua a ser um enigma. A capacidade de AMS em identificar as diferentes partículas cósmicas e em particular a deteção de positrões, antiprotões e no futuro antideuterões permite a procura de eventuais anomalias nos espectros. O espectro de positrões já publicado aponta inequivocamente para a existência de fontes primárias de positrões na vizinhança da Terra, não excluíndo a hipótese de existência de matéria escura. Fluxo de Raios Cósmicos:  O estudo da origem e composição dos RC de forma a caracterizar o meio intergaláctico e aprofundar o conhecimento dos fluxos de partículas primárias e secundárias. AMS já publicou fluxos de partículas elementares (protões, antiprotões, eletrões e positrões) bem como de núcleos como o He (e o seu isótopo 3He), Ca, O, Be, B, N, Ne, Mg, S, Si, Fe, F, Na e Al. Variabilidade temporal dos RC de baixa energia:  AMS funciona também como um excecional observatório de RC de energia intermédia, monitorizando em contínuo as variações dos fluxos de RC com muito fina resolução temporal. Os RC detetados na vizinhança da Terra sofrem a influência do Sol. Parker (1965) foi pioneiro na descrição do transporte de partículas na heliosfera e na modulação solar. O grupo AMS/LIP desenvolveu atividade na resolução da equação de transporte 1D e na correlação do resultado com observáveis solares. O grupo está envolvido no estudo da variabilidade temporal dos RC e na sua caracterização temporal. As variações observadas permitem-nos caracterizar de forma indireta a atividade solar e ainda os efeitos do campo magnético solar na propagação de partículas carregadas, permitindo assim testar os modelos de modulação solar. Foi desenvolvida uma parametrização dos parâmetros de propagação, em função do número de manchas solares que permite a previsão dos fluxos modulados para núcleos do H ao N entre MeV-GeV. Uma previsão precisa do fluxo de RC é essencial para planeamento de voos tripulados, o grupo AMS do LIP contribuí fortemente para tal, bem como para a deteção de partículas energéticas de eventos solares (SEP). Os dados de AMS irão permitir estimar precisamente a dose absorvida pelos astronautas na ISS e durante a fase de trânsito. Tendo por base a grande precisão de medida de velocidade do RICH, o grupo encontra-se também envolvido no estudo dos espectros dos isótopos mais leves como o D, 3He, 4He, 10Be, e 9Be, que são fundamentais para uma melhor definição dos modelos de propagação. AMS medirá estas espécies com uma precisão inédita e num intervalo de energia cinética cujo limite de 10 GeV/n nunca foi atingido anteriormente.