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Satelliti e antimateria

La messa in orbita di AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) ha avuto luogo in una delle ultime missioni dello Space Shuttle. Questo modernissimo rivelatore, del  peso di quasi 8 tonnellate, è stato agganciato a una delle "docking stations", o stazioni di attracco della Stazione Spaziale Internazionale nel maggio del 2011.
AMS è un rivelatore magnetico realizzato da una collaborazione internazionale di oltre 500 fisici, il cui scopo principale è lo studio dell'antimateria nello spazio.
Proprio perchè posizionato nello spazio, AMS è in grado di studiare i raggi cosmici prima della loro interazione con le molecole dell'alta atmosfera. Il rivelatore è equipaggiato con un magnete permanente da 1500 Gauss, che incurva le particelle. La loro direzione di curvatura ci da informazioni sul valore della carica, mentre la quantità di curvatura dipende dal momento, o quantità di moto delle particelle stesse.
In questo modo AMS è in grado di studiare, ad esempio, il comportamente di elettroni e anti-elettroni,o positroni, provenienti dal cosmo. Il cui studio è di particolare interesse per i programmi di ricerca della Materia Oscura, che dovrebbe costituire la grande maggioranza della materia nell'Universo. Questa però  si trova in una forma a noi sconosciuta, probabilmente come WIMP (Weakly Interacting Massive Particles, o particelle dotate di massa e soggette all' interazione debole). Le WIMP potrebbero subire annichilazione, dando origine a coppie di elettroni e positroni, che possono così essere rivelate in un esperimento con AMS.
In AMS , come negli analoghi esperimenti del passato, uno dei parametri più importanti da studiare è il rapporto tra positroni ed elettroni, che si ritiene conosciuto abbastanza bene se siamo in presenza di astrofisica "standard".
Lo studio di AMS viene condotto considerando l'intervallo di energia da 1 GeV a 1 TeV, e in questa prima fase riguarda quasi mezzo milione di positroni provenienti dallo spazio, una statistica mai raggiunta in precedenza.
L'analisi della quantità di moto di questi positroni ha mostrato un andamento piuttosto anomalo nella regione tra 1 e 250 GeV. Si tratta di una anomalia spettrale,cioè nella distribuzione delle particelle secondo la loro energia, che registra una crescita tra i 10 e i 200 GeV. Il che conferma quanto già visto con minore precisione dai satelliti Pamela e Fermi. Un eccesso del genere  potrebbe essere dovuto ad annichilazione di particelle di Materia Oscura. Tuttavia non sono da escludere spiegazioni alternative. Il Cosmo ha grande fantasia ed oggetti astrofisici come le pulsar potrebbero avere dato luogo a caratteristiche energetiche come quelle osservate.
Non siamo quindi in grado di poter dire che la Materia Oscura è stata rivelata.
Tuttavia le possibilità di scoperte non manca. Sarebbe ad esempio molto interessante osservare il comportamento della frazione di positroni sopra i 250 GeV. Se questa frazione diminuisse improvvisamente, questo darebbe credibilità all'ipotesi di annichilazione di particelle ignote e renderebbe via via meno plausibile una spiegazione puramente astrofisica. Forse si tratta solo di aspettare, visto che AMS continuerà a prendere dati ancora per molto tempo e ci si aspetta una statistica almeno 10 volte superiore a quella attuale.
AMS è una collaborazione internazionale con una importante componente italiana. E' diretto dal Premio Nobel Samuel Ting, coadiuvato da Roberto Battiston, che è il Presidente della Commissione Nazionale di Fisica Astroparticellare dell'Infn.

Marco G. Giammarchi

Per saperne di più: articolo su Phys. Rev. lett.

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