AMS confirms also PAMELA data on protons and helium

In these days, AMS is presenting new results on galactic cosmic  particles and antiparticles.
Most interesting are the new results on protons and helium, which confirm the PAMELA  data (published on Science in 2011) on proton and helium, verifying the existence of a change in the spectral index of proton and helium above 240 GV.  This change in the spectral index is seen by AMS also in heavier nuclei, confirming also the CREAM balloon results.
As for electons and positrons, thanks to its size, the Space Station based particle spectrometer extends these measurements to higher energy.
The confirmation is very important because is shows that - as hypothesized in our Science paper - even at relatively low energies there is a new astrophysical component accelerating cosmic rays. Furthermore the different spectral index of proton and helium shows that even these particles, the most common in cosmic rays, undergo different acceleration mechanisms in the Galaxy

Proton data of AMS compared with previous experiments. PAMELA is in blue 

These data are substantially different from those presented by AMS in ICRC 2013 that showed no change in spectral index (and theat puzzled our colleagues in theory), so the current new agreement of AMS with PAMELA is  even more welcome.

Congratulations to our AMS friends for the excellent work!

For reference, below are the original AMS02 ICRC data, showing no change in the spctral index:

AMS-02 confirms PAMELA positron data extending the measurement at higher energy

(This is a bad english translation of the italian post)

PAMELA is a magnetic spectrometer launched more than six years ago aboard the Russian satellite Resurs-DK1. Since 2006 has been providing high precision data on cosmic rays of solar, galactic and trapped in the geomagnetic field.

The main result is that the size of the component of antimatter, antiprotons and positrons, present in cosmic rays. The importance of this measure lies in the possibility indirect detection of  dark matter.

Possible production of secondary particles as a result of the annihilation of dark matter particles. 

  PAMELA data, published in Nature in 2009   ( Nature 458, 607-609 (2009)   a copy is available here ), reached for the first time the energy of 100 GeV. The picture that emerges is challenging for dark matter: the number of antiprotons is consistent with what is expected from a normal production, while the positrons shows a significant increase above 10 GeV. Various hypotheses have been put forward (several hundred in more than 1000 papers). Indeed, on the nature of this unexpected increase of high-energy positrons the most interesting is the possibility that they may be produced by the annihilation of dark matter, although astrophysical sources such as pulsars could contribute in part the positron flux observed.

Measurement of the positron / (positrons + electrons) (top) and antiproton / proton (bottom) measured by PAMELA. The measurement of the ratio allows for a more precise measurement, reducing the instrumental effects. Note the rarity of antiparticles than particles. The component of antiprotons is consistent with the various hypotheses on the interaction of cosmic rays in the interstellar medium (solid and dashed curves), while that of positrons shows an unexpected excess above 10 GeV. The black curve shows the expected contribution in the absence of anomalous contributions, while the green curve suggests the contribution of a particle of dark matter, which - annihilate - produces an excess of positrons. The blue curve shows an estimate of the possible contribution due to Pulsar.

The results of AMS compared with those of PAMELA and GLAST
(From here )

It is therefore very   nice (and mostly reassuring ....) to have a confirmation of the PAMELA 2009 data. The first confirmation came with the satellite FERMI / GLAST in 2011 ( here the preprint, here an explanation of the method of measurement) which extended the energy. range 
The independent measurements of AMS , presented by Sam Ting at Cern April 3 (here the press release), here an excellent post by Roberto Battiston, in fact, show a good agreement with those of PAMELA. The greater size of AMS allows to have a greater number of positrons and therefore a minor statistical error and reach higher energies. At low energies the difference is due to the solar modulation. At higher energies it seems that the ratio positron / electron tends towards a constant value (and lower than that of GLAST), indicating that the mechanism of production of positrons, whatever it is, is going towards a constant value. Unfortunately there are no clear structures  (with a lot of imagination something to 100 GeV) or sharp drops that  might be due to  dark matter annihilation. 

This first result shows the potential of AMS, the most important experiment on board the  International Space Station and bodes well for the continuation of the mission.

It will be interesting to see if the results of AMS on antiprotons confirm -as it is plausible to expect - those of PAMELA.

AMS-02 conferma i dati di PAMELA... e li estende ad una energia un po' più alta

(here in english)

PAMELA è uno spettrometro magnetico lanciato più di 6 anni fa a bordo del satellite russo Resurs-DK1. Dal 2006 sta fornendo dati di alta precisione su raggi cosmici di origine solare, galattica ed intrappolata nel campo geomagnetico. 

Il principale risultato è quello della misura della componente di antimateria, antiprotoni e positroni, presente nei raggi cosmici. L'importanza di questa misura risiede nella possibilità di rivelare la presenza indiretta di materia oscura. 

Possibile produzione di particelle secondarie a seguito dell'annichilazione delle particelle di materia oscura.

Le misure di PAMELA, pubblicate su Nature nel 2009 (Nature 458, 607-609 (2009) una copia è disponibile qui),  hanno raggiunto per la prima volta  l'energia di 100 GeV, energia mai raggiunta precedentemente. Il quadro che emerge è sconcertante e stimolante allo stesso tempo: il numero di antiprotoni appare coerente con quanto aspettato da una produzione normale, mentre quello di positroni mostra un aumento significativo al di sopra di 10 GeV. Sono state avanzate varie ipotesi (varie centinaia in più 1000 articoli!) sulla natura di questo aumento inaspettato di positroni di alta energia la più interessante è appunto quella che siano prodotti dalla annichilazione di materia oscura, anche se sorgenti astrofisiche come pulsar potrebbero contribuire in parte al flusso di positroni osservato.

Misura del rapporto positrone/(positroni + elettroni) (alto) e antiprotone/protone (basso) misurato da PAMELA. La misura del rapporto consente di ottenere una misura più precisa, riducendo gli effetti strumentali. Si noti la rarità delle antiparticelle rispetto alle particelle. La componente di antiprotoni risulta coerente con le varie ipotesi sulla interazione di raggi cosmici nel mezzo interstellare (curve continue e tratteggiate) , mentre quella di positroni mostra un eccesso inaspettato sopra 10 GeV. La curva in nero mostra il contributo atteso in assenza di contributi anomali, mentre la curva in verde ipotizza il contributo di una particella di materia oscura, che – annichilandosi – produce un eccesso di positroni. La curva blu mostra una stima del possibile contributo dovuto a Pulsar.  

I risultati di AMS confrontati con quelli di PAMELA e GLAST
(da qui)

E' quindi piacevole (e tranquillizzante....) avere una ulteriore conferma delle misure di PAMELA del 2009. Una prima conferma è arrivata con il satellite FERMI/GLAST nel 2011 (qui il preprint, qui una spiegazione del metodo di misura) che ha esteso l'intevallo energetico.
Le misure indipendenti di AMS, presentate da Sam Ting al Cern il 3 aprile (qui il comunicato stampa), qui un ottimo intervento di Roberto Battiston,  mostrano infatti un ottimo accordo con quelle di PAMELA. La maggiore grandezza di AMS consente di avere un numero maggiore di positroni e dunque un minore errore statistico. A basse energie la differenza è dovuta alla modulazione solare. A più alte energie sembrerebbe che il rapporto positroni/elettroni tenda verso un valore costante (e più basso di quello di GLAST), indice che  il meccanismo di produzione di positroni, qualunque esso sia, stia andando verso un valore costante. Purtroppo non sono evidenti strutture (con molta fantasia qualcosa a 100 GeV) che possano fare pensare all'annichiliazione di materia oscura.

Questo primo risultato mostra le potenzialità di AMS, lo strumento di punta della Stazione Spaziale Internazionale e fa ben sperare per il proseguimento della missione. 

Sarà interessante vedere se i risultati di AMS sugli antiprotoni confermeranno - come plausibile attendersi - quelli di PAMELA.