Il General AntiParticle Spectrometer (GAPS) è un esperimento per lo studio della rarissima componente di antimateria dei raggi cosmici e specializzato per la identificazione di anti-nuclei (anti-protoni, anti-deuterio e anti-elio) di bassa energia, inferiore a 0.25 GeV/n (“giga-electronvolt per nucleone”).

GAPS utilizzerà una tecnica innovativa per la misura di anti-nuclei nei raggi cosmici, andando a identificare i decadimenti di atomi esotici risultanti dalla cattura degli anti-nuclei da parte degli atomi del materiale dei rivelatori dello strumento. Attraversando l’apparato gli anti-nuclei rallentano fino ad annichilare. Prima di annichilare a riposo, l’anti-nucleo viene catturato dal materiale e forma un atomo esotico eccitato. Diseccitandosi emette raggi X di energie be definite nella transizione dell’antinucleo tra i livelli eccitati dell’atomo. La misura dell’energia di questi raggi X, accompagnata a quella del tempo di volo e delle perdite di energia per ionizzazione dell’anti-nucleo ed alla misura della molteplicità di particelle secondarie (pioni, protoni, ecc.) emesse quando l’anti-nucleo annichila, permettono l’identificazione degli anti-nuclei con altissima precisione

Anti-deuterio e anti-elio sono componenti estremamente rare dei raggi cosmici, che ad oggi non sono mai state rivelate dai rivelatori nello spazio. La osservazione di una singola particella di anti-deuterio o anti-elio potrebbe fornire informazioni senza precedenti per la comprensione dell’Universo, rivelando dettagli unici sulla natura della materia oscura e sui modelli di propagazione dei raggi cosmici.

L’esperimento GAPS verrà condotto con un volo di lunga durata (30 giorni) su pallone stratosferico dall'Antartide. La finestra di lancio è prevista tra dicembre 2021 e febbraio 2022 dalla stazione americana di McMurdo. Con solamente un volo si raggiungeranno gli scopi scientifici previsti per quanto riguarda la fisica degli antiprotoni. Tre voli di lunga durata saranno sufficienti per misurare abbastanza raggi cosmici e raggiungere gli obiettivi scientifici previsti per le misure di anti-deuterio e anti-elio.

GAPS è una missione sponsorizzata dalla NASA alla quale partecipano ricercatori di Università e istituzioni americane, giapponesi e italiane. L’Agenzia Spaziale Italiana partecipa alla missione GAPS dal 2018, supportando ricercatori INFN e Università di Firenze, Pavia, Bergamo, Napoli, Torino, Roma Tor Vergata e Trieste. Il contributo italiano è concentrato sullo sviluppo di diverse componenti elettroniche dello strumento e sullo sviluppo delle simulazioni e delle metodologie per l’analisi dei dati, nonché sull'analisi e interpretazione dei dati che saranno raccolti dallo strumento duranti i voli su pallone stratosferico.

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