Protons and helium nuclei are the most abundant components of the cosmic radiation. Precise measurements of their fluxes are needed to understand the acceleration and subsequent propagation of cosmic rays in our Galaxy. We report precision measurements of the proton and helium spectra in the rigidity range 1 gigavolt to 1.2 teravolts performed by the satellite-borne experiment PAMELA (payload for antimatter matter exploration and light-nuclei astrophysics). We find that the spectral shapes of these two species are different and cannot be described well by a single power law. These data challenge the current paradigm of cosmic-ray acceleration in supernova remnants followed by diffusive propagation in the Galaxy. More complex processes of acceleration and propagation of cosmic rays are required to explain the spectral structures observed in our data.

The satellite-borne experiment PAMELA has been used to make a new measurement of the cosmic-ray antiproton flux and the antiproton-to-proton flux ratio which extends previously published measurements down to 60 MeV and up to 180 GeV in kinetic energy. During 850 days of data acquisition approximately 1500 antiprotons were observed. The measurements are consistent with purely secondary production of antiprotons in the galaxy. More precise secondary production models are required for a complete interpretation of the results.

A new measurement of the cosmic-ray antiproton-to-proton flux ratio between 1 and 100 GeV is presented. The results were obtained with the PAMELA experiment, which was launched into low-Earth orbit on-board the Resurs-DK1 satellite on June 15th 2006. During 500 days of data collection a total of about 1000 antiprotons have been identified, including 100 above an energy of 20 GeV. The high-energy results are a tenfold improvement in statistics with respect to all previously published data. The data follow the trend expected from secondary production calculations and significantly constrain contributions from exotic sources, e.g., dark matter particle annihilations.

Precision measurements of the electron component in the cosmic radiation provide important information about the origin and propagation of cosmic rays in the Galaxy. Here we present new results regarding negatively charged electrons between 1 and 625 GeV performed by the satellite-borne experiment PAMELA. This is the first time that cosmic-ray electrons have been identified above 50 GeV. The electron spectrum can be described with a single power law energy dependence with spectral index -3.18 +- 0.05 above the energy region influenced by the solar wind (> 30 GeV). No significant spectral features are observed and the data can be interpreted in terms of conventional diffusive propagation models. However, the data are also consistent with models including new cosmic-ray sources that could explain the rise in the positron fraction.

Precision measurements of the positron component in the cosmic radiation provide important information about the propagation of cosmic rays and the nature of particle sources in our Galaxy. The satellite-borne experiment PAMELA has been used to make a new measurement of the cosmic-ray positron flux and fraction that extends previously published measurements up to 300 GeV in kinetic energy. The combined measurements of the cosmic-ray positron energy spectrum and fraction provide a unique tool to constrain interpretation models. During the recent solar minimum activity period from July 2006 to December 2009 approximately 24500 positrons were observed. The results cannot be easily reconciled with purely secondary production and additional sources of either astrophysical or exotic origin may be required.

The energy spectra of galactic cosmic rays carry fundamental information regarding their origin and propagation. These spectra, when measured near Earth, are significantly affected by the solar magnetic field. A comprehensive description of the cosmic radiation must therefore include the transport and modulation of cosmic rays inside the heliosphere. During the end of the last decade the Sun underwent a peculiarly long quiet phase well suited to study modulation processes. In this paper we present proton spectra measured from July 2006 to December 2009 by PAMELA. The large collected statistics of protons allowed the time variation to be followed on a nearly monthly basis down to 400 MV. Data are compared with a state-of-the-art three-dimensional model of solar modulation.

The LargE Area burst Polarimeter (LEAP) is a proposed Compton scattering polarimeter that will, for the first time, measure the level of polarization for a significant number of GRBs with sufficient sensitivity to determine the magnetic field structure, composition, energy dissipation mechanism of GRB jets, and determine the prompt emission mechanism of GRBs. Once approved, LEAP will be deployed as an external payload on the International Space Station (ISS) where it will measure GRB polarization over the energy range from 50–1000 keV, perform GRB spectroscopy from 20 keV to 6 MeV, and self-sufficiently determine the source direction. LEAP is uniquely suited to fill a critical gap in our knowledge regarding GRBs, by exposing the underlying physics that governs astrophysical jets and the extreme environment surrounding newborn compact objects.