LA SCIENZA DI AMS
“Il sensazionale obiettivo di AMS è quello di sondare l’ignoto: per afferrare i fenomeni della
natura che non siamo nemmeno in grado di immaginare o che ci sfuggono perché non abbiamo gli
strumenti adatti a scoprirli” (S.C.C. Ting, premio Nobel, coordinatore della collaborazione AMS
02)
“Non c’è mai stato nella storia della scienza un momento in cui fossimo così consapevoli della
nostra ignoranza: oggi sappiamo soltanto che non sappiamo nulla di ciò che costituisce il 95% del
nostro universo” (Roberto Battiston, vice coordinatore della collaborazione AMS-02).
La ricerca di AMS-02 parte da tre domande fondamentali
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Perché materia e antimateria, che dovevano essere alla pari all’inizio dell’Universo, hanno
seguito due destini diversi? Come mai la sola antimateria è praticamente sparita?
Esistono davvero le particelle di materia oscura di cui vediamo gli effetti nelle galassie ma
che non riusciamo a osservare in alcun modo?
La ricetta a base di quark per la materia “applicata” sulla Terra può non essere la stessa nel
resto del cosmo o esistono le cosiddette strangelets?
Il cosmo è il Laboratorio con la L maiuscola, dove i raggi cosmici possono essere osservati a
energie più alte di quelle raggiungibili da qualsiasi acceleratore. AMS-02, il primo spettrometro
magnetico di grandi dimensioni mai lanciato in orbita, sfrutterà le particolarissime condizioni
ambientali dello spazio per cercare di comprendere meglio il nostro universo e contribuire a capirne
la struttura. Questo sarà possibile ricercando la materia mancante e misurando con elevatissima
accuratezza la composizione dei raggi cosmici nella regione energetica del TeV (teraelettronvolt,
cioè 1015 eV).
Antimateria
Evidenze sperimentali suggeriscono che la nostra galassia è fatta di materia; tuttavia ci sono più di
10 miliardi di galassie nell’Universo e, secondo la teoria del Big Bang, all’origine del tutto doveva
esserci un quantitativo identico di materia e antimateria. Oggi assistiamo a un’asimmetria in questo
senso: le teorie che cercano di spiegarla in qualche modo non sono compatibili con misure
sperimentali. Se l’antimateria nucleare esiste o meno nell’Universo è dunque un interrogativo assai
rilevante per l’astrofisica delle particelle dei nostri giorni e per la cosmologia. L’osservazione di un
solo nucleo di anti-elio sarebbe una prova diretta dell’esistenza di un gran quantitativo di
antimateria che si cela da qualche parte nell’Universo. Nel 1998, AMS-01 stabilì il limite superiore
di 10−6 per il rapporto del flusso anti-elio/elio nell’Universo. Adesso AMS-02, migliorando la
sensibilità rispetto ad AMS-01 di tre ordini di grandezza, raggiungerà il limite di 10−9, ampliando
notevolmente il volume di Universo che può essere testato per cercare antimateria primordiale.
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Materia Oscura
La materia visibile nell’Universo, come per esempio le stelle, costituisce il 5% circa del bilancio
totale di massa-energia nell’Universo. Il restante 95% è buio, o meglio è in parte materia oscura (il
23% della massa dell’Universo) e in parte energia oscura (il resto). La natura esatta delle due
componenti oscure non sono note. Uno dei candidati preferiti come costituente della materia oscura
è il neutralino, una particella molto pesante ma che interagisce debolmente. Se queste particelle
esistessero, potrebbero collidere tra loro dando origine a eccessi di particelle cariche o neutre che
possono essere rivelate da AMS-02. Picchi o strutture anomale nello spettro di energia di positroni,
antiprotoni e raggi gamma, potrebbero essere la traccia dell’esistenza dei neutralini o di altre
particelle candidate per la materia oscura.
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Strangelet
Anche se tutta la materia presente sulla Terra è costituita da due tipi di quark, l’up e il down,
sperimentalmente ne sono stati scoperti sei: up, down, strange, charm, bottom e top. Viene da
chiedersi se per caso esista della materia fatta dai tre quark up, down e strange. Particelle di questo
tipo di materia sono previste dalla teoria e sono state battezzate strangelet. Le strangelet possono
avere una grossa massa e un basso rapporto carica/massa: si tratterebbe di un tipo di materia esotica,
del tutto nuova, che AMS-02 potrebbe rivelare nel corso delle operazioni sulla ISS.
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Lo studio dei raggi cosmici
AMS-02 sarà operativo sulla ISS per più di dieci anni, durante i quali acquisirà una enorme quantità
di dati e potrà determinare variazioni a lungo termine di composizione e flusso delle particelle dei
raggi cosmici, dai protoni al ferro, su un ampio intervallo di energia. Questi dati miglioreranno la
nostra comprensione dei processi di propagazione nel mezzo interstellare e dei meccanismi
all’origine dei raggi cosmici. Inoltre conoscere meglio i raggi cosmici, significa essere in grado di
far funzionare meglio i voli interplanetari: i raggi cosmici galattici, per esempio, sono un forte
ostacolo per i voli spaziali verso Marte. Misure accurate delle caratteristiche dei raggi cosmici
permetteranno di mettere a punto le opportune contromisure.
