PAMELA

Données générales
Organisation	Collectif Wizard
Domaine	Etude des Rayons cosmiques
Lancement	15 juin 2006
Site	wizard.roma2.infn.it/pamela/
Masse au lancement	470 kg
Orbite	360x604 km
1	Spectromètre magnétique
2	Détecteur à temps de vol
3	Calorimètre silicium-tungstène
4	Détecteur neutronique

PAMELA (acronyme anglais : Payload for AntiMatter Exploration and Light-nuclei Astrophysics, en français : « Charge utile pour l'étude de l'antimatière et de l'astrophysique des noyaux légers ») est un observatoire spatial des rayons cosmiques dont l'objectif principal est l'étude de l'antimatière présente dans l'univers à travers la détection des positrons et des antiprotons.

Parmi les autres objectifs poursuivis figurent l'étude de l'influence du Soleil sur les flux de rayons cosmiques, la mesure des particules à haute énergie produites par le Soleil, présentes dans la magnétosphère terrestre et des électrons générés par Jupiter. Les concepteurs du projet espéraient également que l'instrument puisse mettre en évidence les produits de l'annihilation de la matière noire. L'expérience lancée avec le satellite d'observation de la Terre russe Resours-DK1 en 2006 continuait à fournir des résultats en 2013^[1].

Historique

PAMELA est une réalisation du collectif Wizard qui rassemble des équipes de recherche russe, italienne, allemande et suédoise. Le collectif est à l'origine de nombreuses expériences sur les rayons cosmiques lancées à bord de satellites scientifiques, comme Fermi-GLAST, ou de ballons-sondes. L'expérience scientifique PAMELA a couté 24,8 millions de dollars et devait durer trois ans. Elle est toujours opérationnelle six ans après son lancement.

PAMELA a été lancé le 15 juin 2006 par une fusée russe Soyouz avec le satellite d'observation de la Terre russe Resours-DK1 dont elle est solidaire et qui lui fournit son énergie. À la date de lancement il s'agissait du détecteur de particules le plus complexe jamais lancé dans l'espace par la précision exceptionnelle la charge, la masse et le spectre d'énergie des particules cosmiques qui heurteront son détecteur.

Caractéristiques de l'instrument

PAMELA est construit autour d'un spectromètre à aimant permanent de 0,43 tesla qui lui donne la forme d'un cylindre haut de 1,3 mètre et d'une masse de 470 kg. L'aimant (hauteur 44,5 cm, cavité centrale carré de 161 × 131 mm², masse 115 kg) courbe la trajectoire des particules chargées qui le traversent. Le rayon de courbure est mesuré par des capteurs en silicium disposés en six couches. Le détecteur permet de mesurer la charge de particules allant jusqu'à 1 TeV^[2]. Dans la partie inférieure de l'instrument se trouve un calorimètre imageur utilisant des capteurs en silicium-tungstène pour distinguer les hadrons et les leptons, et permet de mesurer l'énergie des électrons jusqu'à plusieurs centaines de GeV avec une précision de 5,5 %^[3]. Le détecteur « temps de vol » (ToF) est constitué de six couches de scintillateurs en plastique disposés sur trois plans (S1, S2 et S3) orthogonaux à la trajectoire des particules incidentes. La distance entre les plans S1 et S3 est de 77,3 cm. Il détermine la vitesse des particules et leur charge jusqu'à la masse atomique Z=8. La superficie du capteur S1 est de 33 × 40,8 cm²^[4]. Un détecteur neutronique a pour objectif d'améliorer la précision de la séparation entre hadrons et leptons et d'accroitre la sensibilité de l'instrument pour lui permettre de détecter les protons et les électrons ayant une énergie comprise entre 10¹¹ et 10¹³ eV. Il est constitué par des compteurs proportionnels à gaz remplis avec du ³He^[5]. Les détecteurs anti-coïncidence, qui permettent d'exclure les particules qui ne traversent pas l'instrument de manière optimale, sont composés de quatre détecteurs recouvrant les parois de l'aimant, un détecteur couvrant le sommet de l'aimant à l'exclusion de l'entrée de la cavité et quatre détecteurs couvrant les parois de la partie supérieure du détecteur^[6]. PAMELA consomme 360 watts^[7].

Sensibilité de l'instrument^[8]
Particules	Énergie
Antiproton	60 MeV - 180 GeV
Positron	200 MeV – 300 GeV
Électron	200 MeV – 625 GeV
Proton	400 MV – 1,2 TeV
Électron/positron	jusqu'à 1 TeV
Noyaux d'hélium	700 MeV – 1,2 TeV
Noyaux d'atomes légers (jusqu'au carbone)	jusqu'à 150 GeV/noyau
Isotopes du deutérium	100 MeV – 600 MeV/n
Isotope ³He	100 MeV – 900 MeV/n
Recherche d'anti noyaux atomiques	Sensibilité supérieures à 4,7 × 10⁻⁷ antiHe/He

Résultats

Initialement l'instrument solidaire du satellite Resours circulait sur une orbite elliptique 350 × 610 km avec une inclinaison de 70°. Depuis septembre 2010 il circule sur une orbite quasi circulaire de 570 km. PAMELA transmet quotidiennement 15 Go de données^[8].

Un excédent de positrons a été détecté dans la gamme d'énergie 10–60 GeV puis confirmé pour les énergies supérieures à 90 GeV. Cette mesure pourrait être interprété comme résultant de l'annihilation de la matière noire^[9]^,^[10].

Notes et références

↑ (en) Vincenzo Buttaro, « The Space Mission PAMELA », sur wizard.roma2.infn.it (consulté le 4 septembre 2009)
↑ (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : Magnetic spectrometer », sur wizard.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)
↑ (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : Calorimeter », sur wizard.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)
↑ (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : ToF - Time of Flight Counter », sur wizard.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)
↑ (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : Neutron Detector », sur pamela.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)
↑ (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : Anticoincidence », sur pamela.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)
↑ (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : Technical performance », sur pamela.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)
↑ ^{a et b} (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA PROJECT - Mission », sur pamela.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)
↑ (en) Geoff Brumfiel, « Physicists await dark-matter confirmation », Nature, vol. 454, n^o 7206,‎ 1^er août 2008, p. 808–809 (ISSN 1476-4687, DOI 10.1038/454808b, lire en ligne, consulté le 26 novembre 2025)
↑ (en) Ilias Cholis, Douglas P. Finkbeiner, Lisa Goodenough et Neal Weiner, The PAMELA Positron Excess from Annihilations into a Light Boson, 30 avril 2009 (DOI 10.48550/arXiv.0810.5344, lire en ligne)

Voir aussi

Articles connexes

Rayons cosmiques
Spectromètre magnétique Alpha (AMS) instrument du même type opérationnel depuis 2011.
CALET instrument de mème type installé sur la Station spatiale internationale en 2015
CAPRICE, précédente expérience similaire lancée en ballon stratosphérique.
NINA, précédente expérience similaire lancée en ballon stratosphérique.

Liens externes

(en) site officiel

[wizardpamela-1] (en) Vincenzo Buttaro, « The Space Mission PAMELA », sur wizard.roma2.infn.it (consulté le 4 septembre 2009)

[2] (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : Magnetic spectrometer », sur wizard.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)

[3] (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : Calorimeter », sur wizard.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)

[4] (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : ToF - Time of Flight Counter », sur wizard.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)

[5] (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : Neutron Detector », sur pamela.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)

[6] (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : Anticoincidence », sur pamela.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)

[7] (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA : Technical performance », sur pamela.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)

[mission-8] {a et b} (en) Vincenzo Buttaro, « PAMELA PROJECT - Mission », sur pamela.roma2.infn.it (consulté le 28 avril 2013)

[9] (en) Geoff Brumfiel, « Physicists await dark-matter confirmation », Nature, vol. 454, n^o 7206,‎ 1^er août 2008, p. 808–809 (ISSN 1476-4687, DOI 10.1038/454808b, lire en ligne, consulté le 26 novembre 2025)

[10] (en) Ilias Cholis, Douglas P. Finkbeiner, Lisa Goodenough et Neal Weiner, The PAMELA Positron Excess from Annihilations into a Light Boson, 30 avril 2009 (DOI 10.48550/arXiv.0810.5344, lire en ligne)

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