I dati raccolti dal cacciatore di antimateria AMS installato dal 2011 sulla Stazione Spaziale Internazionale saranno l’oggetto del meeting AMS days che si terrà al CERN al quale prenderanno parte fisici teorici e sperimentali di fama e prestigio mondiale; tra essi ci saranno i responsabili dei più importanti esperimenti dedicati allo studio della fisica dei raggi cosmici. Obiettivo di queste giornate sarà principalmente quello di far luce sui più recenti risultati di AMS.

Che cos’è AMS

L’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) costituisce l’unico esperimento di fisica delle particelle presente sulla ISS: ad esso partecipa anche il nostro Paese attraverso l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e l’Agenzia Spaziale Italiana. Il livello tecnologico di AMS è tale da permetterne la lunga permanenza nell’insolito ambiente spaziale: nel corso dei suoi primi quattro anni in orbita, agganciato esternamente alla Stazione Spaziale, il rilevatore ha già raccolto oltre 60 miliardi di eventi di raggi cosmici per energie dell’ordine del Teraelettronvolt.

Antiprotoni (in abbondanza) nei raggi cosmici

In questa occasione i risultati presentati riguardano la nuova misura di precisione del rapporto tra protoni e antiprotoni nei raggi cosmici, indicando una inaspettata abbondanza di questi ultimi ad energie di centinaia di Gigaelettronvolt. Una misura complementare a quella di precisione del flusso di antielettroni (positroni) presentata da AMS nel 2014. Il tutto evidenzia un’abbondanza di antimateria ad alta energia nei raggi cosmici che, secondo gli esperti, potrebbe essere il frutto di un fenomeno fisico di tipo fondamentale ignoto.

Gli attuali modelli delle interazioni dei raggi cosmici ordinari con la materia interstellare, infatti, non sono in grado di fornire una spiegazione dei nuovi risultati di AMS. Le recenti osservazioni possono dare importanti informazioni relative ai meccanismi di produzione e propagazione dei raggi cosmici. Al momento, infatti, non è possibile escludere che i risultati ottenuti possano essere riconducibili all'esistenza di nuove sorgenti astrofisiche o a nuovi meccanismi di accelerazione e propagazione. Tuttavia i dati di AMS potrebbero anche essere interpretati come l’effetto di collisioni tra particelle di materia oscura: quindi, in questo caso, potrebbero essere una possibile prova indiretta della sua esistenza e della sua natura particellare.

AMS installato sull'ISS
in foto: AMS installato sull'ISS

Antimateria nella radiazione cosmica

L’identificazione diretta di antimateria nella radiazione cosmica, in particolare di positroni e antiprotoni, potrebbe essere infatti determinante per lo studio di fenomeni non ancora noti. L’urto tra le particelle che compongono la radiazione cosmica e le polveri interstellari può generare piccole quantità di antimateria ma i primi risultati di AMS su elettroni e positroni, già pubblicati dalla rivista Physical Review Letters nel 2014, sembrerebbero indicare la presenza di una sorgente “alternativa” di questa componente di antimateria rispetto a quanto previsto dalla produzione standard nella radiazione cosmica.

Siamo eccitati per questi risultati che presentano un quadro difficilmente interpretabile nell'ambito della fisica tradizionale dei raggi cosmici. Questo straordinario rivelatore che opera nello spazio e al quale l’Italia ha contribuito in maniera molto significativa anche grazie al ruolo dell’industria nazionale, ci sta portando, con l’estensione dei risultati già ottenuti dal rivelatore spaziale PAMELA e raggiungendo energie molto più alte, alla soglia di una possibile importante scoperta. Aspettiamo con trepidazione i futuri risultati. – Fernando Ferroni, presidente dell'INFN.

AMS e gli altri esperimenti

Durante la tre giorni, insieme a nuovi risultati sulle misure del rapporto tra anti-protoni e protoni, sul flusso di protoni, nuclei di elio e altri nuclei, saranno discussi anche risultati più precisi e a più alta energia sulla componente a elettroni e positroni. Naturalmente, per comprendere adeguatamente questi risultati sarà indispensabile il confronto delle osservazioni di AMS con i risultati dei principali esperimenti che si occupano dello studio dei raggi cosmici  (IceCube, Pierre Auger Observatory, Fermi-LAT, Magic, Hess e CTA, JEM-EUSO e ISS-CREAM). Nel frattempo, AMS continuerà a operare, come farà lungo tutta la vita della Stazione Spaziale Internazionale, ossia fino al 2024.