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Raggi cosmici, la misura più accurata svolta anche da scienziati leccesi

C'è un apporto di ricercatori locali nell'esperimento Dampe, satellite mandato in orbita dall'Agenzia spaziale cinese

LECCE – Raggi cosmici, grazie a un esperimento usando il satellite Dark Matter Particle Explorer (in una parola: Dampe) arriva oggi la notizia che un gruppo di ricercatori ha svolto la più accurata misura diretta finora mai raggiunta. Un risultato pubblicato oggi dalla rivista “Science Advances”. E, dietro, c’è anche un contributo notevole di scienziati pugliesi: Paolo Bernardini e Giovanni Marsella del Dipartimento di matematica e fisica “Ennio De Giorgi” dell’Università del Salento, Antonio Surdo dell’Infn di Lecce, Piergiorgio Fusco e Francesco Loparco del Dipartimento di fisica “Michelangelo Merlin” dell’Università di Bari, Giacinto Donvito, Fabio Gargano e Mario Nicola Mazziotta dell’Infn di Bari e i dottorandi in Fisica e nanoscienze all’Università del Salento Antonio De Benedittis e Margherita Di Santo.

Dampe è stato lanciato in orbita nel dicembre del 2015 dall’Agenzia spaziale cinese. Staziona a una quota di 500 chilometri. E ha realizzato una misura diretta del flusso di protoni cosmici fino a energie particolarmente elevate con una precisione che nessun apparato nello spazio, mai, aveva toccato. Quando si parla di energie molto elevate, si è nell’ordine di 100 TeV, cioè circa 100mila volte l’energia corrispondente alla massa a riposo di un protone, che è la componente principale dei raggi cosmici.

Quel che Dampe ha fatto, è stato rilevare un comportamento giudicato inatteso: il flusso dei protoni, che diminuisce continuamente con l’aumentare delle energie, a circa 10 TeV presenta un’attenuazione molto più marcata del previsto. Altri esperimenti, spiegano dall’Università del Salento, avevano esplorato questa regione energetica, ma con risultati non altrettanto precisi a causa di incertezze statistiche e sistematiche.

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L’obiettivo di Dampe, lanciato a bordo del vettore Long March 2D, è di cercare ciò che ancora sfugge e che tanto affascina studiosi e non: la materia oscura. E lo fa studiando le astroparticelle di alte energie, in particolare il flusso di raggi cosmici che giungono in maniera incessante sulla Terra. L’esperimento è frutto di una collaborazione internazionale tra l’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) - con le sezioni di Perugia, Bari e Lecce e il Gssi -, l’Accademia cinese delle scienze, le Università di Perugia, Bari e del Salento e l’Università di Ginevra. La collaborazione è guidata dal Purple Mountain Observatory di Nanjing. Al progetto lavorano oltre cento tra scienziati, tecnici e dottorandi.

L’Italia è stata impegnata sia nella costruzione di una componente essenziale del rivelatore, il tracciatore, realizzato con il coordinamento dell’Infn di Perugia e dedicato alla ricostruzione della traiettoria delle particelle che incidono sullo strumento, sia nei test dell’apparato prima del lancio. Attualmente i ricercatori italiani partecipano a diverse linee di analisi scientifica dei dati di Dampe, come lo studio degli elettroni e dei positroni cosmici, la misura diretta della distribuzione dei nuclei cosmici, l’osservazione dei raggi gamma galattici ed extragalattici e, appunto, la ricerca della materia oscura.

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Dampe, peraltro, che misura con estrema precisione la direzione di arrivo delle particelle e dei fotoni cosmici e distingue le specie nucleari che compongono i raggi cosmici, non è nuovo a successi. Per esempio, di recente c’è stata la scoperta di una repentina diminuzione del flusso di elettroni e positroni cosmici a circa 1 TeV (“Nature” 552, 63 del 2017) ed è stata avviata la misura diretta della distribuzione dei nuclei cosmici dall’elio al nichel.

“Tutte queste misure - sottolinea Paolo Bernardini, docente di Fisica nucleare e subnucleare all’Università del Salento, ricercatore dell’Infn di Lecce e coordinatore del gruppo italo-cinese di analisi - costituiscono nuovi tasselli del complesso e ancora incompleto quadro della conoscenza della radiazione cosmica, fornendo indicazioni per comprenderne l’origine e i meccanismi di propagazione nella galassia. Inoltre, le osservazioni di Dampe sono fondamentali nella ricerca di particelle provenienti dalla materia oscura che si ipotizza pervada la galassia e nello studio delle sorgenti di raggi gamma galattiche ed extragalattiche”.

Nelle immagini: il satellite Dampe in orbita intorno alla Terra (rappresentazione artistica), uno spaccato dell’esperimentocon i suoi rivelatori e il grafico che mostra il risultato ottenuto: l’andamento del flusso dei protoni cosmici di energie da 40 GeV a 100 TeV (punti rossi: dati; barre: errori statistici; bande: incertezze sistematiche) confrontato con i dati di altri esperimenti spaziali.
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