Astronomia, straordinaria scoperta: osservata una concentrazione record di antimateria nello Spazio

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L’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) ha visto la piu’ alta concentrazione di antimateria ad alta energia nello Spazio mai osservata fino ad oggi. I dati sono stati resi notisulla rivista Physical Review Letters. AMS e’ il piu’ grande e sensibile spettrometro magnetico per lo studio della fisica delle particelle che sia stato mai dispiegato nello spazio. L’Italia ha collaborato alla sua realizzazione con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e l’Agenzia Spaziale Italiana. AMS si trova all’esterno della Stazione Spaziale Internazionale (ISS): dalla sua installazione il 19 maggio 2011 fino ad oggi, ha registrato oltre 30 miliardi di raggi cosmici aventi energie fino a migliaia di miliardi di elettronvolt, grazie ad una strumentazione basata su un magnete permanente equipaggiato da una serie di rivelatori di particelle di precisione in grado di identificare ad uno ad uno i raggi cosmici che lo attraversano provenendo dalle zone piu’ remote dello spazio. Nel corso della sua missione di lunga durata sulla ISS, AMS registrera’ 16 miliardi raggi cosmici ogni anno, trasmettendoli a terra per l’analisi dati a cura della Collaborazione AMS. Quelli di oggi sono i primi risultati di fisica tra molti che seguiranno. Nei primi 18 mesi di operazioni nello spazio, dal 19 maggio 2011 al 10 dicembre 2012, AMS ha raccolto e analizzato 25 miliardi raggi cosmici primari. Tra questi 6.8 milioni di eventi, il campione statistico piu’ grande mai raccolto, sono stati identificati in modo inequivocabile come elettroni e la loro controparte di antimateria, i positroni. Questi 6,8 milioni di particelle, registrate nell’intervallo di energia compreso tra 0,5 e 350 GeV, sono alla base della misura di precisione riportata in questo articolo. Elettroni e positroni sono identificati e selezionati rispetto al fondo rappresentato dai numerosissimi protoni grazie alle misure accurate e ridondanti ottenute dai vari strumenti che compongono AMS. I positroni, la componente piu’ rara, sono chiaramente identificati grazie alla capacita’ di AMS di ridurre di un milione di volte il fondo di protoni. Al momento attuale, il numero totale di positroni identificati da AMS, oltre 400.000, e’ il piu’ grande campione di particelle di antimateria di alta energia misurate direttamente nello spazio. Per i ricercatori i principali risultati dell’esperimento indicano la presenza di un fenomeno dovuto a nuova fisica. In particolare AMS ha misurato la frazione di positroni (rapporto tra il flusso di positroni al flusso combinato di positroni ed elettroni) nell’intervallo di energia 0,5-350 GeV; la frazione di positroni diminuisce al crescere dell’ energia tra 0,5 e 10 GeV; la frazione di positroni aumenta invece costantemente tra il 10 GeV e ~ 250 GeV; la pendenza (tasso di crescita) della frazione di positroni cala pero’ di dieci volte tra 20 e 250 GeV; ad energie superiori a 250 GeV lo spettro sembra appiattirsi: per studiarne il comportamento al di sopra di 250 GeV e’ pero’ necessario aumentare ulteriormente la statistica. I dati riportati rappresentano circa l’8% del totale di eventi che AMS prevede di raccogliere nel corso della sua missione; lo spettro della frazione di positroni non presenta nessuna struttura ne’ in funzione dell’ energia, ne’ del tempo. Infine, la frazione di positroni non mostra anisotropia angolare, indicazione del fatto che i positroni di alta energia non provengono da una direzione preferenziale dello spazio. L’insieme di queste informazioni, se estese ad ulteriori osservazioni a piu’ alte energie, potra’ dire se questo andamento e’ dovuto alla collisione di particelle di materia oscura o alla presenza di pulsar nella galassia. La grande precisione dei risultati ottenuti con i dati dei primi 18 mesi suggerisce che AMS potra’ affrontare e risolvere questo problema con in dati che verranno raccolti in futuro. Per ora pero’ l’aderenza delle osservazioni effettuate al modello teorizzato suggerisce che una parte significativa degli elettroni e dei positroni di alta energia provengono da una fonte comune la cui origine e’ sconosciuta.