Published May 5, 2014 | Version v1
Miscellaneous Restricted

Performance of the electromagnetic calorimeter of the AMS-02 experiment on the International Space Station and measurement of the positron fraction in the 1.5 - 350 GeV energy range

Description

The AMS-02 experiment is a particle detector installed on the International Space Station (ISS) since May 2011, which measures the characteristics of the cosmic rays to bring answers to the issues risen by the astroparticle physics since a few decades, in particular the study of dark matter and the search of antimatter. The phenomenological aspects of the physics of cosmic rays are reviewed in the first part. In a second part we describe the in-flight performances of the different sub-detectors of AMS-02, in particular the electromagnetic calorimeter. It is shown, using particles at the ionizing minimum (MIPs), accounting for the main part of cosmic rays, that the calorimeter works as expected, and we find the same performances as on ground. This study is used to follow in time the evolution of the detector performances. It also allows the development of a charge estimator for the nuclei using the calorimeter. A third and final part, deals with the determination of the positron fraction. The main difficulty of this measurement is to identify the positrons by rejecting the protons thanks to the characteristics of the showers in the calorimeter. After having defined variables relevant for this separation, we build an estimator using a multivariate analysis and Monte-Carlo simulations of electrons for higher energies. Above 100 GeV, we obtain a rejection factor of about 10.000 at a 90% efficiency. After having estimated the charge confusion, this estimator, finally, allows us to determine the positron ratio for the first 18 months of data and energies ranging from 1.5 to 350 GeV. (author)

Abstract (French)

L'experience AMS-02 est un detecteur de particules installe sur la station spatiale internationale (ISS) depuis mai 2011, date a partir de laquelle il mesure les caracteristiques des rayons cosmiques afin d'apporter des reponses aux problematiques soulevees par la physique des astroparticules depuis quelques decennies, en particulier l'etude indirecte de la matiere sombre et la recherche d'antimatiere. Les aspects phenomenologiques de la physique des rayons cosmiques sont revus dans la premiere partie. Une deuxieme decrit les performances en vol des differents sous-detecteurs d'AMS-02, en particulier du calorimetre electromagnetique. Il est montre, en utilisant les particules au minimum d'ionisation (MIPs), qui constituent l'essentiel du rayonnement cosmique, que le calorimetre fonctionne comme prevu, et que l'on retrouve les memes performances qu'au sol. Cette etude est utilisee pour suivre au cours du temps l'evolution des performances du detecteur. Elle permet egalement de developper un estimateur de charge pour les noyaux utilisant le calorimetre. Une troisieme et derniere partie s'attache enfin a determiner le rapport positronique. La principale difficulte de cette mesure est d'identifier les positons en rejetant les protons grace aux caracteristiques des gerbes dans la calorimetre. Apres avoir defini des variables pertinentes pour cette separation, nous construisons un estimateur via une analyse multivariee, en nous appuyant sur des simulations Monte-Carlo d'electrons pour les plus hautes energies. Au-dela de 100 GeV, nous obtenons un taux de rejection de l'ordre de 10 000 pour 90% d'efficacite. Apres avoir estime la confusion de charge, cet estimateur nous permet finalement, de determiner le rapport positronique pour les donnees acquises pendant les 18 premiers mois et pour des energies allant de 1.5 a 350 GeV. (auteur)

Files

Restricted

The record is publicly accessible, but files are restricted to users with access.

Additional details

Additional titles

Original title (English)
Performances du calorimetre electromagnetique d'AMS02 sur la station spatiale internationale et mesure du rapport positronique dans le domaine en energie 1.5-350 giga electron volt

Publishing Information

Imprint Pagination
342 p.
Report number
FRNC-TH--12274

Optional Information

Notes
99 refs.; Available from the INIS Liaison Officer for France, see the INIS website for current contact and E-mail addresses