Forse, qualcuno di voi, ha notato la mia assenza da questa pagine per un certo periodo di tempo. Sono qui ora per scusarmi dell’assenza, giustificarla, e ricominciare a scrivere regolarmente.
La giustificazione è che ho finito il mio lavoro di dottorato, che vi ho in passato introdotto in uno dei miei primi post. Vi assicuro che appena la tesi verrà pubblicata sarete i primi a poterne discutere i risultati su queste pagine. In seguito alla conclusione del dottorato, ho cominciato il mio nuovo lavoro di ricerca. Sono stata assunta dall’Academia Sinica di Taiwan, per lavorare sull’esperimento AMS-02, un satellite alla ricerca di antimateria, che coinvolge più di 30 istituti scientifici sparsi in 16 nazioni. La mia sede, però, non è a Taiwan, bensì al CERN, a Ginevra, dove si trova l’acceleratore LHC. Il centro di controllo di AMS-02, infatti, sarà proprio qui al CERN.
Ma che cos’è AMS? A dirla semplice, AMS (Alpha Magnetic Spectrometer) non è altro che un rivelatore di particelle molto simile a quelli montati nei famosi 4 punti dell’LHC, dove si svolgono gli esperimenti ATLAS, CMS, LHC-b e ALICE. Al contrario di questi quattro complessissimi esperimenti, AMS deve riuscire a funzionare in condizioni estreme: nello spazio.
Invece di misurare le particelle create da un acceleratore terrestre, infatti, AMS vuole misurare le particelle provenienti dall’Universo, comprenderne le proprietà, l’origine e nel frattempo dare risposta ad alcune delle domande chiave nella comprensione del Cosmo e del nostro Universo. Di certo questo non è un facile obiettivo, e per riuscire a rivelare particelle di natura diversa, in un vasto intervallo energetico e con una precisione elevata il rivelatore deve essere abbastanza complesso.
In particolare, AMS è composto da ben sei subdetectors, con una complessità che ha poco da invidiare alle strumentazioni dell’LHC. A causa di questa complessità ha bisogno di un sistema di suppporto energetico e anche fisico, non indifferente. Per questo, AMS verrà montato sull’International Space Station (ISS), la stazione spaziale in orbita attorno alla terra e gestita da una comunità altamente internazionale. Il lancio previsto per AMS è il 19 Aprile 2011, a bordo dell’ultimo volo previsto per il progetto Space Shuttle, che verrà effettuato con l’Endeavour, con la missione STS-134. Vi terrò sicuramente aggiornati a riguardo!
Nel frattempo vediamo quali sono gli scopi scientifici del detector AMS-02. Il primo, quello più noto e con il maggiore impatto psicologico, è la misura della quantità di antimateria nell’Universo. Come infatti abbiamo avuto modo di discutere in passato, si osserva una totale asimmetria tra materia e antimateria nel nostro Universo, poiché la prima è di gran lunga la più presente.
Al momento del Big Bang, materia e antimateria (a quale delle due assegnare il prefisso anti- è del tutto indifferente) erano prodotte in quantità uguali ma, ad un certo punto, una ha prevalso sull’altra. Tutte le stelle, le nubi, i pianeti e le galassie sono oggi fatte di quella che chiamiamo materia: elettroni, protoni, neutroni e così via.
Sappiamo però dell’esistenza dei loro anti-partner: i positroni, gli antiprotoni, gli antineutroni e via dicendo. Li osserviamo però soltanto come frutto di interazioni altamente energetiche. Per esempio un fotone altamente energetico (il fotone è la particella di cui è composta la luce), può generare una coppia elettrone-positrone. In laboratorio, proprio qui al CERN, si è addirittura riusciti a creare un atomo di antimateria (anzi, 38 atomi).
Non si sono mai osservati, però, anti-atomi liberi nell’Universo. Tutti gli atomi che conosciamo, tutti gli elementi della famosa Tavola Periodica, sono stati creati in un modo ben preciso: la nucleosintesi. La prima nucleosintesi è avvenuta durante il Big Bang, in cui si sono creati prima protoni e neutroni (i due mattoni costituenti il nucleo atomico) e in seguito queste due particelle si sono legate assieme per formare nuclei più pesanti: idrogeno, elio, litio, fino al berillio (che è composto da 7 particelle).
I nuclei più complessi sono creati dalla nucleosintesi stellare. La fusione nucleare che dà vita alla stella forma, tra altri, i nuclei di carbonio, ossigeno e azoto (nel ciclo CNO), e durante l’esplosione di una supernova, si formano nuclei pesanti, come il ferro. Se, per ipotesi, si misurasse un nucleo di anti-ferro nello spazio aperto, ciò vorrebbe dire che si è verificata una sintesi di antinuclei, ovvero che, da qualche parte, c’è una anti-stella.
Questa sarebbe chiaramente una scoperta incredibile (ma molto improbabile). Senza andare a scomodare anti-ferro, misurare nuclei di anti-idrogeno potrebbe aiutarci a mettere luce su una delle parti più oscure della nostra conoscenza dell’Universo. E, parlando di oscurità, arriviamo ad un altro degli scopi scientifici di AMS. Misurando lo spettro (ovvero la distribuzione energetica) di particelle come elettroni, positroni e fotoni si possono trarre conclusioni sulla quantità e sulla distribuzione di materia oscura nella nostra Galassia e, possibilmente, anche comprenderne l’origine e la composizione.
Ma AMS non si limita a studiare e a cercare di rivelare componenti così esotiche del nostro Universo, come l’antimateria o la materia oscura. Essendo un “ordinario” rivelatore di particelle, ci permetterà di studiare approfonditamente la composizione dei raggi cosmici, o di studiare la radiazione gamma ad alta energia, come per esempio i Gamma Ray Bursts.
Ma di questo, e di molto altro, vi parlerò nelle prossime puntate! :-)
