AMS : de l’ISS au CERN

C’est dans la semaine du 16 mai 2011 que le Spectromètre magnétique alpha a été lancé puis arrimé à la Station spatiale internationale (ISS). Quatre minutes seulement après la fin de son installation, des données sur des événements cosmiques étaient déjà enregistrées et commençaient leur long voyage depuis l’orbite basse de la Terre vers le Centre de contrôle des opérations (POCC) récemment construit sur le site de Prévessin du CERN.

Le Centre de contrôle des opérations (POCC) de la collaboration AMS est installé dans le nouveau bâtiment 946 sur le site de Prévessin. 

Contrairement aux détecteurs du LHC, le Spectromètre magnétique alpha (AMS) n’est pas physiquement connecté à une infrastructure de traitement de données. Les événements cosmiques enregistrés par AMS et les données sur le détecteur doivent ainsi réaliser un long voyage avant de pouvoir arriver au Centre de contrôle des opérations (POCC - bât.946 à Prévessin) de la collaboration AMS. Un effort commun entre la NASA et le CERN rend cette transmission possible. « La Station spatiale envoie d’abord ses données à un satellite en très haute orbite, explique Sam Ting, porte-parole de la collaboration AMS. Ces informations sont ensuite transmises depuis le satellite à la base Air Force Edwards en Californie, puis au Centre spatial Marshal en Alabama, et finalement au CERN. »

Afin de s’assurer que ces données ne se perdent pas en cours de route, elles sont stockées à trois reprises (à bord de l'ISS, au Centre spatial Marshal et à leur arrivée au CERN). Comme l’explique Sam Ting, le stockage des données à bord de l’ISS est nécessaire en raison de la nature de l’orbite de la Station spatiale internationale. « La Station spatiale décrit une orbite autour de la Terre toutes les 90 minutes et ne dispose pas de couverture satellitaire à certains endroits. Nous enregistrons les données dans l’ISS jusqu’à ce qu’une liaison descendante puisse être rétablie. Le plus important, c’est de ne pas perdre les données. »

La communication entre le POCC et l’ISS est elle aussi très importante. Lors de chaque roulement, l’équipe du POCC en place comprend un responsable (« Lead »), c'est-à-dire un membre de la collaboration AMS en contact permanent avec la NASA et l’ISS. Le responsable est notamment chargé de surveiller et de transmettre en permanence les mesures de la température du détecteur. « La variation de la température est le seul paramètre sur lequel nous puissions intervenir, précise Mercedes Paniccia, membre de la collaboration. Nous disposons à bord de l’AMS de chaufferettes que nous contrôlons, mais il existe aussi une procédure commune à la NASA et à la collaboration dans le cas où les variations de température dépassent les limites de fonctionnement. » Cette procédure permet de changer l’orientation de l’ISS. « Le responsable utilise une bande de fréquences par laquelle il peut s'adresser directement aux astronautes de l'ISS, ajoute Mercedes Paniccia. Mais nous devons attendre l’autorisation de la NASA car il s’agit d’une bande restreinte. »

Grâce aux nombreux tests réalisés sur l’AMS avant son lancement dans l’espace, tout se passe sans encombre et, après seulement trois mois, la collaboration est sur le point de terminer l’étalonnage du détecteur. « L’étalonnage est presque achevé, mais nous devons encore finaliser les réglages à bord avant de commencer une exploitation pour la physique permettant d’obtenir des résultats purs », explique Mercedes Paniccia. Les données seront suivies depuis une console d’ordinateur du POCC, mais la reconstitution, à laquelle ne participera pas la NASA, sera réalisée en utilisant la puissance de calcul du CERN. Comme le précise Mercedes Paniccia, « L’analyse des données de la reconstitution sera effectuée par le CERN, et non par les équipes du POCC. »

Pendant que les physiciens attendent avec impatience la première exploitation pour la physique d’AMS, des évènements à des énergies jamais observées sur Terre ont déjà été enregistrés par le détecteur. « Le cosmos est un accélérateur de particules fantastique, souligne Roberto Battiston, porte-parole adjoint de la collaboration AMS. Il nous fournit pour la première fois des positons et des électrons détectés dans une gamme d'énergie de plusieurs centaines de TeV, ce qui est exceptionnel, même par rapport au LHC. Si l’enregistrement de ces évènements à hautes énergies est très stimulant, la collaboration ne souhaite cependant pas tirer de conclusions trop hâtives à propos de l’énergie noire, de la matière noire ou de la nouvelle physique. « Comme je l’ai dit à mes collègues, il nous fallu des années pour mettre au point cette expérience, explique Sam Ting. C’est un détecteur très précis qui n'a pas d'égal. Nous allons avancer pas à pas. Nous ne cherchons pas à être les premiers à publier des résultats, nous préférons  le faire une bonne fois pour toutes. Ce qui nous importe le plus est de ne pas faire d'erreurs car nos résultats ne peuvent être vérifiés par personne. Nous devons faire très attention. »

La NASA ayant clôturé le programme de sa navette spatiale, il est prévu que l’expérience se poursuive durant la durée de vie restante de l’ISS.C’est dans la semaine du 16 mai 2011 que le Spectromètre magnétique alpha a été lancé puis arrimé à la Station spatiale internationale (ISS). Quatre minutes seulement après la fin de son installation, des données sur des évènements cosmiques étaient déjà enregistrées et commençaient leur long voyage depuis l’orbite basse de la Terre vers le Centre de contrôle des opérations (POCC) récemment construit sur le site de Prévessin du CERN.

Contrairement aux détecteurs du LHC, le Spectromètre magnétique alpha (AMS) n’est pas physiquement connecté à une infrastructure de traitement de données. Les évènements cosmiques enregistrés par AMS et les données sur le détecteur doivent ainsi réaliser un long voyage avant de pouvoir arriver au Centre de contrôle des opérations (POCC) de la collaboration AMS. Un effort commun entre la NASA et le CERN rend cette transmission possible. « La Station spatiale envoie d’abord ses données à un satellite en très haute orbite, explique Sam Ting, porte-parole de la collaboration AMS. Ces informations sont ensuite transmises depuis le satellite à la base Air Force Edwards en Californie, puis au Centre spatial Marshal en Alabama, et finalement au CERN. »

Afin de s’assurer que ces données ne se perdent pas en cours de route, elles sont stockées à trois reprises (à bord de l'ISS, au Centre spatial Marshal et à leur arrivée au CERN). Comme l’explique Sam Ting, le stockage des données à bord de l’ISS est nécessaire en raison de la nature de l’orbite de la Station spatiale internationale. « La Station spatiale décrit une orbite autour de la Terre toutes les 90 minutes et ne dispose pas de couverture satellitaire à certains endroits. Nous enregistrons les données dans l’ISS jusqu’à ce qu’une liaison descendante puisse être rétablie. Le plus important, c’est de ne pas perdre les données. »

La communication entre le POCC et l’ISS est elle aussi très importante. Lors de chaque roulement, l’équipe du POCC en place comprend un responsable (« Lead »), c'est-à-dire un membre de la collaboration AMS en contact permanent avec la NASA et l’ISS. Le responsable est notamment chargé de surveiller et de transmettre en permanence les mesures de la température du détecteur. « La variation de la température est le seul paramètre sur lequel nous puissions intervenir, précise Mercedes Paniccia, membre de la collaboration. Nous disposons à bord de l’AMS de chaufferettes que nous contrôlons, mais il existe aussi une procédure commune à la NASA et à la collaboration dans le cas où les variations de température dépassent les limites de fonctionnement. » Cette procédure permet de changer l’orientation de l’ISS. « Le responsable utilise une bande de fréquences par laquelle il peut s'adresser directement aux astronautes de l'ISS, ajoute Mercedes Paniccia. Mais nous devons attendre l’autorisation de la NASA car il s’agit d’une bande restreinte. »

Grâce aux nombreux tests réalisés sur l’AMS avant son lancement dans l’espace, tout se passe sans encombre et, après seulement trois mois, la collaboration est sur le point de terminer l’étalonnage du détecteur. « L’étalonnage est presque achevé, mais nous devons encore finaliser les réglages à bord avant de commencer une exploitation pour la physique permettant d’obtenir des résultats purs », explique Mercedes Paniccia. Les données seront suivies depuis une console d’ordinateur du POCC, mais la reconstitution, à laquelle ne participera pas la NASA, sera réalisée en utilisant la puissance de calcul du CERN. Comme le précise Mercedes Paniccia, « L’analyse des données de la reconstitution sera effectuée par le CERN, et non par les équipes du POCC. »

Pendant que les physiciens attendent avec impatience la première exploitation pour la physique d’AMS, des événements à des énergies jamais observées sur Terre ont déjà été enregistrés par le détecteur. « Le cosmos est un accélérateur de particules fantastique, souligne Roberto Battiston, porte-parole adjoint de la collaboration AMS. Il nous fournit pour la première fois des positons et des électrons détectés dans une gamme d'énergie de plusieurs centaines de TeV, ce qui est exceptionnel, même par rapport au LHC. Si l’enregistrement de ces événements à hautes énergies est très stimulant, la collaboration ne souhaite cependant pas tirer de conclusions trop hâtives à propos de l’énergie noire, de la matière noire ou de la nouvelle physique. « Comme je l’ai dit à mes collègues, il nous fallu des années pour mettre au point cette expérience, explique Sam Ting. C’est un détecteur très précis qui n'a pas d'égal. Nous allons avancer pas à pas. Nous ne cherchons pas à être les premiers à publier des résultats, nous préférons  le faire une bonne fois pour toutes. Ce qui nous importe le plus est de ne pas faire d'erreurs car nos résultats ne peuvent être vérifiés par personne. Nous devons faire très attention. »

La NASA ayant clôturé le programme de sa navette spatiale, il est prévu que l’expérience se poursuive durant la durée de vie restante de l’ISS.

par Jordan Juras