Il Telescopio Spaziale AMS osserva 400mila positroni di Materia Oscura nell’Universo

L’esperimento internazionale Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) ha per la prima volta osservato un’abbondante quantità di Antimateria positronica nell’Universo, forse prodotta da Materia Oscura: la bellezza di 400mila positroni. L’annuncio, al Cern di Ginevra, degli scienziati della collaborazione mondiale guidata dal professor Samuel Ting, Mercoledì 3 Aprile 2013, è di portata storica per la Scienza. È il primo successo scientifico di AMS, l’Osservatorio spaziale da 2 miliardi di dollari, il più potente e sensibile spettrometro magnetico galattico iper-freddo, appositamente concepito, costruito e messo in orbita sulla Stazione Spaziale Internazionale (Iss) a 400 Km di quota, per la ricerca di Antimateria e Materia Oscura nel Cosmo. I risultati della ricerca di AMS sono pubblicati sul “Physical Review Letters”. Grande è l’entusiasmo e la soddisfazione della comunità scientifica internazionale delle centinaia di tecnici, ingegneri, fisici e studenti. L’Italia partecipa al Progetto AMS con l’Asi, l’Infn, l’Esa e le nostre più prestigiose Università. AMS è un rivelatore di particelle, pesante otto tonnellate. Il progetto ha avuto inizio 18 anni fa ed è stato realizzato da una collaborazione di 600 scienziati di 16 Paesi e 60 Istituzioni. L’ideatore e coordinatore del progetto è il premio Nobel Samuel Ting (MIT – CERN), il vice responsabile è lo scienziato italiano Roberto Battiston, fisico dell’Infn (www.ams02.org/; http://ams.pg.infn.it/drupal). Di cosa è fatta la massa non visibile dell’Universo? Cosa ne è stato dell’Antimateria primordiale? Perché siamo fatti di materia normale e non di materia esotica? AMS ha effettivamente osservato un “eccesso” di positroni (elettroni di carica positiva, cioè Antimateria) nel flusso di raggi cosmici provenienti dallo spazio profondo. Il professor Samuel Ting, premio Nobel, ha presentato le osservazioni del Telescopio Spaziale AMS nel corso di un Seminario in diretta mondiale dal Cern di Ginevra. I risultati acquisiti da AMS, perfettamente in accordo con i modelli matematici e fisici più accreditati nel Modello Standard, sono fondati sull’osservazione di 25 miliardi di eventi che includono il rilevamento di 400mila positroni, di energia compresa tra 0.5 e 350 GigaelettronVolt (GeV), sul totale di 6.8 milioni di particelle osservate nell’intervallo energetico, nel corso del primo anno e mezzo di attività, dal 19 Maggio 2011 al 10 Dicembre 2012. È la prima scoperta da World Guinness Record dell’esperimento AMS. I dati acquisiti, infatti, rappresentano la più estesa collezione di particelle di Antimateria mai osservata e registrata prima nello spazio. Il primo “set” di positroni incrementa considerevolmente nell’intervallo di energia tra 10 e 250 GeV, con una curva piuttosto pronunciata di dati che poi diminuisce di un ordine di grandezza al di sopra del range 20-250 GeV. I dati non mostrano sostanziali variazioni significative nello spaziotempo: il flusso energetico di anti-particelle giunge da ovunque lo si osservi senza direzioni preferenziali. I risultati di AMS sono consistenti e in buon accordo, secondo gli scienziati, con il comportamento dei positroni prodotti dall’annichilazione di particelle di Materia Oscura nello spazio cosmico. Ma i dati finora acquisiti non sono ancora sufficienti per escludere altre spiegazioni. “Poiché quella di AMS è la misura più precisa di sempre del flusso di raggi cosmici positronici – rivela Samuel Ting – questi risultati mostrano chiaramente la potenza e le capacità del rivelatore AMS. Nei prossimi mesi AMS sarà in grado di dirci in maniera sicura se questi positroni sono un chiaro segnale della Materia Oscura ovvero se essi hanno qualche altra origine”. Forse le stelle Pulsar. Forse i reattori nucleari alieni o i motori delle astronavi extraterrestri! Quel che è certo, scherzi a parte, è che i raggi cosmici sono particelle cariche di alta energia che permeano l’Universo. L’esperimento AMS, installato sulla Iss grazie al volo dello Space Shuttle STS-134 Endeavour (l’ultima missione della navetta Usa, il 16 Maggio 2011) con a bordo il nostro astronauta Roberto Vittori, è concepito per catturare e studiare queste particelle prima che esse interagiscano con l’atmosfera terrestre, il nostro scudo vitale, perdendo così informazioni importanti sulla loro natura. Un eccesso di Antimateria nel flusso di raggi cosmici era stato osservato per la prima volta venti anni fa. Ma non con questa misura così precisa. L’origine della massiccia dose di positroni che raggiunge e investe la Terra, resta per il momento ancora un affascinante mistero, terreno fertile per gli autori di storie di fantascienza ma anche di scienza. Infatti “nulla è più importante del mistero – riconosce Albert Einstein – fonte di ogni vera arte e di ogni vera scienza”, cioè di ogni conoscenza. Una possibile spiegazione di questi positroni osservati da AMS, prevista dalle teorie della Supersimmetria, è che siano prodotti dalla collisione e dall’annichilazione (la totale trasformazione della massa in energia, con l’efficienza del 100 per cento) di due particelle di Materia Oscura che, come sappiamo, rappresenta una grossa “fetta” della Creazione, in quantità ben superiore alla materia normale di tutti noi terrestri, stelle e pianeti compresi. Assumendo una distribuzione isotropica delle particelle di Materia Oscura, queste teorie predicono esattamente le osservazioni compiute da AMS. Tuttavia, le misure finora eseguite dall’esperimento di Samuel Ting non possono ancora escludere del tutto altre spiegazioni meno esotiche, alternative, come la produzione di positroni dalle stelle Pulsar distribuite attorno alla nostra Galassia, la Via Lattea. Le teorie supersimmetriche predicono anche un decisivo taglio delle energie più alte al di sopra dell’intervallo di massa delle particelle di Materia Oscura. Ma questo non è stato ancora osservato. Nei prossimi anni l’esperimento AMS otterrà, a regime, misure sempre più precise e chiarirà il comportamento della frazione di positroni ad energie superiori a 250 GeV. È nell’ordine delle cose, assicura lo scienziato Ting. È la speranza di tutti. I risultati positivi di AMS non potranno che aprire ulteriori interrogativi per nuove scoperte e nuovi misteri. “AMS è il primo esperimento che scruta lo spazio con un livello di precisione così accurato che – spiega Samuel Ting – ci permetterà di capire se il flusso positronico osservato è di origine stellare o è una forma energetica di Materia Oscura”. La comprensione di uno dei più affascinanti e importanti misteri dell’Universo e della Fisica (la Materia Oscura) potrebbe aprire all’umanità la via delle stelle. Quasi un quarto del Tutto è, infatti, costituito di Materia di Oscura soggetta alla forza gravitazionale. Noi siamo fatti di materia normale, appena il 5 per cento dell’Universo. Ma nel bilancio di massa-energia la Materia Oscura ha come diretta “rivale” solo l’Energia Oscura: la “fetta” più grossa ed antigravitazionale dell’Universo, responsabile dell’espansione accelerata del Cosmo. La Materia Oscura può essere osservata indirettamente attraverso la sua interazione con la materia normale visibile. Ma finora non è stata mai rivelata direttamente. Le ricerche sulla Materia Oscura sono in corso sia in esperimenti spaziali simili ad AMS sia in laboratori sotterranei come quello del Gran Sasso dell’Infn), nel cuore di miniere e montagne, grazie a rivelatori speciali di materia esotica. AMS aprirà la strada alle astronavi interstellari di Star Trek e Galactica? AMS è stato concepito anche grazie al genio del professor Antonino Zichichi, Presidente della Federazione Mondiale degli Scienziati, fondatore del Laboratorio Nazionale del Gran Sasso dell’Infn. La Materia Oscura viene studiata al Cern di Ginevra (Ue) nel superacceleratore di particelle Large Hadron Collider, sempre più potente, ed al Fermilab (Usa). “Le scoperte di AMS sono un grande esempio della perfetta integrazione e complementarietà degli esperimenti sulla Terra e nello spazio – rivela Rolf Heuer, direttore generale del Cern – lavorare in tandem è essenziale, per questo penso che la soluzione del mistero della Materia Oscura sia proprio dietro l’angolo, forse è solo una questione di pochi anni”. AMS, che ha superato tutti gli altri esperimenti simili finora concepiti, misurerà altre centinaia di miliardi di eventi durante la sua missione, osservando particelle straordinariamente energetiche, fino a trilioni di elettronVolt, perfezionando le nostre capacità cognitive sull’Universo. Si aprono nuove frontiere nel campo della fisica delle particelle, dell’astrofisica e della cosmologia. Le più grandi scoperte giungono dal totalmente inatteso. Un nuovo Reame energetico è alle porte!

Nicola Facciolini