Gli straordinari risultati di AMS-02

Martedì scorso a Los Angeles il celebre cosmologo Stephen Hawking ha suggerito che l’unico modo che ha l’umanità di sopravvivere per i prossimi mille anni è quello di dedicarsi alla colonizzazione dello spazio. Questo è ragionevole: con otto miliardi di bocche da sfamare, gli equilibri economici e le risorse sempre più scarse, il rischio di guerre, pestilenze o catastrofi naturali, vivere su un solo pianeta come dice Hawking è veramente rischioso.
Ma anche andarsene da questo posto, la Terra, non è affatto facile.
Colonizzare altri mondi allo stato tecnologico attuale non è possibile. Potremmo costruire habitat orbitali come suggerì O’Neill nel 1976, colonizzare Marte con città protette da cupole gigantesche che trattengono l’atmosfera 1, spingerci fino ai confini del Sistema Solare e in futuro forse fino alle stelle più vicine con immense navi generazionali. Il Cosmo è sicuramente il posto più inospitale in assoluto che ci sia, ma è anche quello che più ci fa sognare. Un vero salto nel buio.

Rappresentazione schematica dell’Alpha Magnetic Spectrometer. – Credit: INFN

Rappresentazione schematica dell’Alpha Magnetic Spectrometer. – Credit: INFN

Uno dei misteri più grandi del cosmo riguarda la sua composizione: secondo il Modello Cosmologico Standard l’Universo è composto per il 4,9% da materia ordinaria (barionica), il 26,8% da materia di cui non se ne conosce la natura (oscura) e per il 68,3% da energia oscura 2 3. Quindi l’84,5% di tutta la materia di tutto l’Universo sfugge alla nostra comprensione. L’unica cosa certa è che questa esotica forma della materia è sensibile all’interazione gravitazionale ma non emette o assorbe la luce.

Lo scorso 3 aprile il team di ricercatori guidati dal premio Nobel Samuel Ting del MIT/CERN ha annunciato che l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02 4) dalla sua installazione sulla Stazione Spaziale Internazionale (2011) a fine 2012 oggi ha contato più di 400.000 positroni, l’equivalente antimateria degli elettroni.
Di per sé non è poi così difficile produrre positroni in laboratorio, basta bombardare la materia con fotoni ad alta energia 5 o sfruttare il naturale processo di decadimento radioattivo di alcuni isotopi (decadimento β+) ma, essendo il nostro universo dominato dalla materia, la sopravvivenza – emivita – di questa antiparticella è limitata all’incontro con un elettrone con cui si annichila emettendo due fotoni gamma da 511 kev emessi in direzioni opposte 6.

Il decadimento b+

Il decadimento β+

Per questo rilevare 400 mila positroni fra i 25 miliardi di eventi 7 registrati in 18 mesi (maggio 2011 – dicembre 2012) è straordinario.
Che i raggi cosmici contenessero un po’ di antimateria era risaputo almeno dal 2009 8, ma non in quantità così insolite: almeno il 10% del totale degli eventi dovuti a elettroni e positroni è dovuto da questi ultimi.

Una pulsar può accelerare le coppie di particelle-antiparticelle che AMS-02 ha rilevato.

Cosa produca tutti questi positroni in un universo di materia è un mistero. Questo potrebbe essere un indizio importante per scovare finalmente la materia oscura.

Per spiegare la natura della materia oscura sono state avanzate le più disparate teorie, dai neutrini massivi a particelle esotiche supersimmetriche 9  chiamate neutralini, che collidendo tra loro dovrebbero produrre un gran numero di positroni ad alta energia.

Un’altra sorgente di positroni molto meno esotica ma che vale comunque la pena di prendere in considerazione è nascosta nelle pulsar.
Le pulsar sono stelle di neutroni che si formano in seguito alle esplosioni di supernova. Questi resti ruotano sul loro asse migliaia di volte al secondo e hanno un campo magnetico milioni di volte più potente di quello che possiamo creare in laboratorio 10.
Le pulsar in pratica sono dei fantastici acceleratori naturali di particelle tra cui  coppie di elettroni e positroni, che possono spiegare le quantità rilevate da AMS-02.
Come riconosce Samuel Ting l’unico modo per distinguere l’origine dei positroni è quello di raccogliere altri dati e coprire un più ampio spettro di energia che per ora l’Alpha Magnetic Specrometer ha solo iniziato a mostrare 11.
L’ASM-02 rimarrà in funzione almeno fino al 2020 e potrà aiutare a risolvere finalmente il mistero della materia oscura.


Note:

  1. Come ho ribadito più volte su queste pagine, Marte è troppo piccolo per trattenere una atmosfera respirabile e non ha un campo magnetico che protegga dal vento solare e dai raggi cosmici la superficie del pianeta.
  2.  Energia oscura e anisotropia nella radiazione cosmica di fondo, Il Poliedrico 15 settembre 2012.
  3. La costante di Hubble e i modelli cosmologici, Il Poliedrico 22 ottobre 2012.
  4.  AMS-02 cacciatore di antimateria, Il Poliedrico 20 maggio 2011.
  5. Laser technique produces bevy of antimatterMSNBC. Retrieved 2009-07-16
  6. Questo è il principio di funzionamento della PET (Positron Emission Tomography) usata in medicina e nell’analisi dei materiali (PAS).
  7. I raggi cosmici sono particelle subatomiche  e nuclei di elio accelerati a quasi alla velocità della luce dalle esplosioni di supernova e altri eventi cosmici molto energetici.
  8. L’antimateria  nei raggi cosmici fu scoperta dall’esperimento italiano PAMELA e confermata dal Fermi Gamma-ray Observatory due anni dopo.
  9. Nei modelli di Supersimmetria sono presenti le stesse particelle del Modello Standard accompagnate però da altrettante particelle, dette superpartner, aventi lo stesso numero quantico ad eccezione dello spin che è differisce di un semi-intero (1/2).
  10. I campi magnetici delle pulsar possono addirittura dare origine a nuovi stati della materia: Materia esotica paramagnetica, Il Poliedrico 5 agosto 2012.
  11. Se la produzione dei positroni fosse dovuta all’annichilazione dei neutralini dovrebbero mostrare tutti lo stesso spettro energetico.

Umberto Genovese

Autodidatta in tutto - o quasi, e curioso di tutto - o quasi. L'astronomia è una delle sue più grandi passioni. Purtroppo una malattia invalidante che lo ha colpito da adulto limita i suoi propositi ma non frena il suo spirito e la sua curiosità. Ha creato il Blog Il Poliedrico nel 2010 e successivamente il Progetto Drake (un polo di aggregazione di informazioni, articoli e link sulla celebre equazione di Frank Drake e proposto al l 4° Congresso IAA (International Academy of Astronautics) “Cercando tracce di vita nell’Universo” (2012, San Marino)) e collabora saltuariamente con varie riviste di astronomia. Definisce sé stesso "Cercatore".

2 commenti:

  1. 8miliardi?Ci sarebbe da mangiare per tutti se il nostro mondo non fosse capitalista,

    Per colonizzare realmente un pianeta ci sono 1000 problematiche… una a caso:come fare i medicinali per curarsi?dove seppellire i morti?quale lingua uysare all'interno della nuova colonia?quali sarebbero le leggi e le regole della nuova colonia?come fare cibo per mantenersi?come trasportare le tecnologie?

    Prima di colonizzare un nuovo pianeta dovranno passare 500-600 anni più, e non è detto che andrebbe a buon fine. Secondo me, prima di tutto bisognerebbe cercar di rendere pulito il nostro ambiente più possibile, senza escludere la colonizzazione dello spazio attraverso navi spaziali, ubicate nei dintorni della terra.

    La prima colonia che dovremmo sperimentare, realmente, nei prossimi 150 anni, dovrebbe essere in fondo al mare, unica, indipendente completamente dalla Terra, che va avanti da sola. Ma ancora ci son troppe cose che non riusciamo a fare.

Commenti chiusi