Dopo diciotto mesi di lavoro, il "cacciatore di antimateria" AMS a bordo della Stazione Spaziale Internazionale ha restituito i primi dati, o meglio dire "possibili indizi" sull'azione della materia oscura. L'analisi delle informazioni raccolte – di più di 31 miliardi di eventi – è stata pubblicata su Physical Review Letters.

L'Universo è, come noto, composto di materia; secondo la teoria del Big Bang devono esserci quantità uguali di materia e antimateria. Esiste inoltre una differenza rilevante tra ciò che i fisici ritengono debba essere la quantità totale di massa dell'Universo e quanto osservato finora.

La presenza di antimateria o un altro tipo di materia chiamata "oscura" è una delle domande fondamentali che ci permetterà di capire meglio l'origine e la natura dell'Universo, ed è proprio a tale quesito che lo spettrometro magnetico alpha AMS-02 proverà a rispondere.

Test dell'AMS-02

AMS raccoglie dati registrando il numero di particelle che passano attraverso i suoi rilevatori: dettagli sui tipi di particelle che vi passano attraverso, come i protoni e gli elettroni; informazioni fisiche, come la carica, la massa e la velocità delle particelle, oltre che le informazioni sulla loro direzione di provenienza in modo che gli scienziati possano tentare di rintracciare la fonte. Ciascuna di queste parti di dati è denominata "evento".

L'AMS – alimentato dai pannelli solari della ISS con un massimo di 1780 watt di energia continua – ha misurato con una precisione superiore al passato il rapporto tra positroni (l'antiparticella dell'elettrone) ed elettroni nei raggi cosmici. Come scritto da Roberto Battiston, Presidente della Commissione Nazionale per la Fisica Astroparticellare dell'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), "essendo i positroni una componente rara dei raggi cosmici, la loro frazione percentuale è molto sensibile a fenomeni di cosiddetta nuova fisica legati alla materia oscura, alla supersimmetria e a tutto quanto non rientra nel Modello Standard della fisica delle particelle".

AMS-02 sulla Stazione Spaziale Internazionale

Nel corso degli ultimi decenni diversi studi hanno raccolto prove evidenti che al di sopra di "10 GeV (gigaelettronvolt) il rapporto tra positroni ed elettroni comincia a crescere in modo marcato, indizio della presenza di nuova fisica in grado di produrre un significativo eccesso di positroni rispetto ai meccanismi convenzionali", ha affermato il presidente.

L'AMS-02 si è concentrato sull'intervallo di energia tra 0,5 e 350 GeV, evidenziando come "la frazione anomala di positroni cresca senza interruzione da 10 a 250 GeV. Ma il ritmo a cui questa frazione anomala di positroni cresce si riduce di 10 volte tra 10 e 250 GeV. Questo comportamento non è spiegabile con la sola produzione secondaria di positroni nelle collisioni dei raggi cosmici ordinari, ed è una indicazione del fatto che il nuovo processo fisico che causa la crescita dei positroni raggiunge un valore limite oltre il quale questa frazione rimane costante o addirittura può iniziare a scendere", ha affermato Battiston.

"La precisione di AMS permetterà in futuro di capire se la nuova sorgente di positroni è l'effetto di una o più pulsar che immettono plasma di alta energia nello spazio interstellare o se si tratti invece delle tracce dell'annichilazione di particelle di materia oscura, il tipo di materia invisibile di cui è composto circa il 24% del nostro universo", conclude Battiston sottolineando come lo spettrometro magnetico sia figlio di un lavoro internazionale che ha visto l'Italia in prima fila.

Cinquanta persone delle Sezioni INFN e Dipartimenti di Fisica di Bologna, Milano Bicocca, Perugia, Pisa, Roma e Trento hanno realizzato i "principali strumenti per l'identificazione delle particelle nello spazio, il Tracciatore al Silicio, il sistema di Tempo di Volo, il Calorimetro Elettromagnetico, il Rivelatore ad Anelli Cerenkov e i Tracciatori Stellari" ma sono state impegnate anche nel trasferimento dei dati, la calibrazione dello strumento e nell'analisi dei dati. Maggiori informazioni in questo post sul sito dell'Istituto Nazionale di Astrofisica.