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01 Apr 2009

Dal derby con la materia è uscita, inspiegabilmente, sconfitta. Ma a saperla cercare, l’antimateria non è impossibile da trovare. Non già in depositi sotterranei, come ipotizzato nel romanzo “Angeli e demoni” di Dan Brown (che ruota intorno a una fantascientifica bomba di antimateria realizzata nell’acceleratore di particelle di Ginevra LHC). Bensì, nei raggi cosmici.

In questo sciame di particelle che viaggiano nello spazio a velocità prossime a quella della luce, il rivelatore PAMELA (Payload for Antimatter Exploration and Light – nuclei Astrophysics) ha intercettato una miriade di anti-elettroni o positroni, cioè particelle identiche agli elettroni ma di carica opposta e positiva.

Da dove salta fuori questa antimateria? Gli scienziati sono in fermento perché potrebbe trattarsi del primo indizio che confermerebbe la presenza di materia oscura nell’Universo. Sono questi i risultati di un importante studio internazionale coordinato dall’Istituto Nazionale di Fisica  Nucleare e appena pubblicato sulla rivista Nature.

• »LEGGI IL COMUNICATO STAMPA INFN-ASI

PAMELA è attualmente l'esperimento più ambizioso per la ricerca di antimateria nei raggi cosmici. Nato dalla collaborazione tra l'INFN e le agenzie spaziali italiana e russa, è stato lanciato nel 2006 a bordo di un satellite russo per rispondere ad alcuni dei più grandi quesiti della cosmologia. Perché nell’Universo esiste una forte asimmetria tra materia e antimateria, con una nettissima prevalenza della prima? Secondo la teoria del Big Bang, l’una e l’altra si sarebbero formate in quantità uguali, annientandosi a vicenda in lampi di pura energia. Come mai, a un certo punto, si è creato una squilibrio e la materia che oggi forma le stelle, i pianeti, noi stessi e tutto ciò che conosciamo, ha avuto la meglio? Far chiarezza è un’impresa difficilissima, sia per la rarità dell’antimateria (riproducibile in minime quantità solo nei grandi acceleratori), sia perché non emette e radiazioni e non è osservabile con i normali strumenti ottici.

Ancora più difficile rispondere ad un altro quesito: qual'è la natura della materia "oscura" che sembra pervadere tutto l'universo? 

I dati che PAMELA ha raccolto e inviato giornalmente a Terra in circa tre anni di attività stanno aiutando a far luce su questi enigmi. “Sono tre le principali ipotesi per spiegare l’anomala abbondanza di positroni osservata nei raggi cosmici”, spiega Piergiorgio Picozza, coordinatore dell’esperimento PAMELA, collaboratore dell’INFN e professore all’Università di Roma Tor Vergata. “La prima, la più plausibile e elettrizzante, è che l’antimateria sia il prodotto dell’interazione tra le particelle di materia oscura. Ipotizziamo che il 23% del nostro Universo sia costituito da un’esotica materia di cui non conosciamo la natura e che non abbiamo mai osservato. Se così fosse, dovremmo osservare i segnali che effettivamente abbiamo osservato. Ma ci sono altre due ipotesi compatibili”, continua Picozza.  “I positroni di alta energia potrebbero provenire da pulsar e altre sorgenti astrofisiche o risultare da meccanismi sconosciuti nella produzione e accelerazione dei raggi cosmici”.

Certo è che se la materia oscura esistesse nella forma prevista dalle teorie correnti, la sua annichilazione produrrebbe positroni nella quantità rilevata dall'esperimento PAMELA. Quindi, per il momento, PAMELA si accorda con i modelli teorici. È già un gran risultato. La missione continuerà a fornire informazioni cruciali per almeno altri tre anni. E presto arriveranno in orbita i rinforzi.

“Andare nel cosmo a studiare l’antimateria di origine naturale e la natura della materia oscura è fondamentale per capire l’origine e l’evoluzione dell’Universo in cui viviamo”, spiega Enrico Flamini, responsabile Osservazione dell’Universo dell’Agenzia Spaziale Italiana. “Per questo l’impegno italiano in questo campo proseguirà con la missione AMS, il più grande cacciatore di antimateria mai costruito, che verrà agganciata alla Stazione Spaziale Internazionale nel 2010”.

AMS (Alpha Magnetic Spectometer) è l’ambizioso laboratorio orbitante europeo per la fisica delle particelle realizzato col contributo fondamentale dell’Italia. L’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) e l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) sono infatti i primi contributori dell’impresa con il 25 per cento dei finanziamenti, pari a circa un miliardo di euro. Cercherà di rivelare antiprotoni, antideutoni e anti-nuclei di elio determinandone la traiettoria e l’energia grazie a un potente magnete superconduttore, il più grande che sia mai stato usato in orbita. Per questo è stato soprannominato l’“Hubble dei raggi cosmici”. La sua sensibilità è di 100 volte migliore di ogni altro strumento messo in orbita.