Alla ricerca dei raggi cosmici 

Lezione della dott.ssa F. Giovacchini
agli studenti di Bagno di Romagna

Francesca Giovacchini, laureata in Fisica presso l’Università di Bologna, dopo anni di esperienze all’estero, oggi è ricercatrice presso il Cern di Ginevra. Da anni partecipa al progetto AMS-02.

• L’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) è un rivelatore di particelle progettato per operare come modulo esterno sulla Stazione Spaziale Internazionale. Grazie alle condizioni uniche dell’ambiente spaziale, può studiare l’Universo e le sue origini cercando le evanescenti tracce dell’antimateria primordiale e della materia oscura, attraverso misure di precisione della composizione e del flusso dei raggi cosmici.
• AMS-02 è stato costruito, testato e messo in funzione da una collaborazione internazionale  di 56 istituti di 16 paesi rappresentata dallo United States Department of Energy (DoE). La NASA aveva la responsabilità dell’installazione di AMS-02 sulla Stazione Spaziale (ISS) dove si trova ora l’esperimento e dove opererà fino alla fine dell’attività della ISS.
• AMS-02 è stato montato sulla parte superiore del Payload Attach Point (S3) sulla Truss principale della ISS.
• Dal 19 Maggio 2011 AMS-02 è in orbita intorno alla Terra sulla ISS ad un’altezza di circa 300 chilometri e studia, con un livello di accuratezza mai raggiunto prima (una parte su dieci miliardi!), la composizione dei raggi cosmici primari, indagando nuove frontiere nel campo della fisica delle particelle alla caccia dell’antimateria primordiale e della vera natura della materia oscura.
• AMS-02 raccoglie centinaia di milioni di raggi cosmici primari che, dopo essere stati accelerati da forti campi magnetici, hanno viaggiato moltissimi anni-luce prima di raggiungere l’esperimento.
• Il nucleo dello spettrometro è un grande magnete che deve misurare il segno della carica di ogni particella che passa attraverso lo strumento: AMS raccoglie dati senza mai fermarsi per anni, producendo un flusso di dati di 7 Gigabits al secondo che saranno ridotti in media a una banda di 2 Mbps.
• Le osservazioni di AMS-02 contribuiranno a rispondere ad alcune domande fondamentali, per esempio: “Da che cosa è composta la materia invisibile dell’Universo?” o “Che cosa è successo all’antimateria primordiale?” Proprio per queste caratteristiche eccezionali, AMS è stato ribattezzato l’Hubble Telescope dei raggi cosmici.

Recentemente (settembre 2014) sono stati annunciati nuovi risultati sulla misura della componente di elettroni e positroni nei raggi cosmici. Sono basati sull’analisi dei primi 41 miliardi di eventi raccolti dall’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS). Questi risultati forniscono una comprensione più profonda della natura dei raggi cosmici di alta energia e gettano maggiore luce sull’esistenza della materia oscura.

Francesca sa rapportarsi molto bene con i ragazzi liceali.

Con linguaggio semplice ci ha raccontato  che il suo esperimento ricerca, fuori dall’atmosfera, segnali di antimateria (antielio, anticarbonio… fino all’antipiombo) che sarebbero prodotti da antistelle che potrebbero essere presenti nella nostra galassia. In laboratorio possiamo produrre antimateria, ma quella ricercata da AMS é ‘naturale’!
Il modello cosmologico detto ‘modello standard’ prevede l’esistenza dell’antimateria. Per la verità, questo modello sarebbe stato superato da un altro modello detto ‘supersimmetrico’ che, oltre all’esistenza dell’antimateria, prevede l’esistenza della materia oscura, detta anche massa mancante, che sarebbe responsabile di anomalie di tipo gravitazionale.
Secondo gli scienziati l’Universo sarebbe costituito dal 4.9% di materia ordinaria (barionica) che è quella che noi conosciamo, dal 26,8% di materia oscura e dal 68,3% di energia oscura.
Il concetto di energia oscura è complesso e puramente teorico. Si conosce qualcosa in più della materia oscura, che può essere ‘vista’ non con gli occhi (non emette luce) ma gravitazionalmente. La particella costituente la materia ocura sarebbe il ‘neutralino’, particella  molto massiva che ha molta interazione gravitazionale e poca interazione elettromagnetica (non produce luce).

Il grafico sopra mostra un eccesso rispetto ai valori attesi nella produzione di positroni, provenienti da una pulsar della nostra galassia. Questo fatto potrebbe essere dovuto ad interazioni fra neutralini che produrrebbero adroni ma anche particelle ordinarie come i positroni e quindi ciò sarebbe una dimostrazione indiretta dell’esistenza dei neutralini.

Francesca si trovava alla Nasa quando lo Shuttle nella sua ultima missione, con a bordo AMS, è stato lanciato da Cape Canaveral e ha seguito tutte le operazioni  di lancio da Houston.  

Ci ha regalato anche un’osservazione toccante che tutti noi non dobbiamo mai dimenticare: la Terra, vista dallo spazio, appare come un pianeta bellissimo, colorato di verde e di azzurro. Dobbiamo fare in modo di preservarlo così! È nostro dovere come genere umano.

Prof.ssa Carla Para - Liceo scientifico Righi di Bagno di Romagna

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Articolo del Corriere di Romagna del 29-12-15

Alcune immagini dell'incontro: