Una misura diretta del flusso di protoni cosmici fino a energie elevatissime, mai raggiunta con tale accuratezza da nessun apparato nello spazio: è l’ultimo, importante risultato ottenuto dai ricercatori impegnati nell’esperimento DAMPE (DArk Matter Particle Explorer), in orbita intorno alla Terra dal dicembre 2015. Tra questi, 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.
Il nuovo risultato scientifico, pubblicato oggi dalla rivista “Science Advances”, riguarda appunto la misura diretta del flusso di protoni cosmici fino a energie elevatissime, dell’ordine di 100 TeV (pari a circa 100mila volte l’energia corrispondente alla massa a riposo di un protone). I protoni sono la componente principale dei raggi cosmici e fino a oggi nessun apparato aveva mai misurato direttamente l’intensità del loro flusso con tale accuratezza a energie così elevate. In particolare, DAMPE ha rilevato un comportamento 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 avevano esplorato questa regione energetica ma con risultati molto meno precisi, dovuti a incertezze sia statistiche sia sistematiche.
DAMPE è stato lanciato in orbita nel dicembre 2015 dall’Agenzia spaziale cinese, a bordo del vettore Long March 2D, con l’obiettivo scientifico di cercare la sfuggente materia oscura studiando le astroparticelle di alte energie, in particolare il flusso di raggi cosmici che giungono incessantemente sul nostro pianeta. 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. Nella collaborazione DAMPE lavorano oltre 100 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 la ricerca della materia oscura.
DAMPE, che è in grado di misurare con grande precisione la direzione di arrivo delle particelle e dei fotoni cosmici e di distinguere le specie nucleari che compongono i raggi cosmici, ha già ottenuto altri importanti risultati, come la scoperta di una repentina diminuzione del flusso di elettroni e positroni cosmici a circa 1 TeV (Nature 552, 63 del 2017) e 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».
Sito web dell’esperimento DAMPE: http://dpnc.unige.ch/dampe/
Video della missione DAMPE: http://dpnc.unige.ch/dampe/video/dampe_chinese_video.mp4
Sito della rivista Science Advances:https://advances.sciencemag.org/