Dampe a caccia di materia oscura

Lo studio della materia oscura ha adesso un nuovo e potente strumento a disposizione: si tratta di DAMPE (DArk Matter Particle Explorer), un esperimento che avrà l’obiettivo di misurare con grande precisione la direzione di arrivo dei fotoni cosmici e, allo stesso tempo, di differenziare le specie nucleari che compongono i raggi cosmici e la loro traiettoria.
Partito lo scorso 17 dicembre dal Jiuquan Satellite Launch Center nel deserto di Gobi, a bordo del vettore Long March 2D, il satellite è frutto di un accordo di collaborazione internazionale tra l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare con le sezioni di Perugia, Bari e Lecce, la Chinese Academy of Sciences (CAS), le università di Perugia, Bari e del Salento, e quella di Ginevra.
DAMPE può essere considerato il figlio della linea di ricerca e tecnologia sviluppate congiuntamente dall’Agenzia Spaziale Italiana e dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare che ha portato allo sviluppo le missioni PAMELA, AMS 01 e 02 e FERMI. Il satellite estenderà le misure già effettuate nello spazio da PAMELA, Fermi-LAT (Large Area Telescope) e AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer) sulla ISS dal 2011.
Orbiterà ad una quota di circa 500 km, dalla quale cercherà la materia oscura nel flusso di raggi cosmici che piovono incessantemente sulla Terra. In particolare, misurerà elettroni e fotoni nell’intervallo di energie tra i 5 GeV (5 miliardi di elettronvolt) e i 10 TeV (diecimila miliardi di elettronvolt). Sarà anche in grado di misurare il flusso di nuclei con range tra 100 GeV e 100 TeV, fornendo quindi nuovi dati e indicazioni per capire l’origine e la propagazione dei raggi cosmici di alta energia.
“L’esperimento DAMPE è disegnato per rivelare elettroni e fotoni con una precisione e in un intervallo di energia maggiori di quanto possibile con gli strumenti attuali – ha detto Giovanni Ambrosi, della sezione INFN di Perugia, coordinatore nazionale dell’esperimento – Lo scopo è identificare possibili segnali della presenza di materia oscura studiando le caratteristiche delle particelle ordinarie misurate dal rivelatore”.
“Le tecnologie utilizzate sono quelle più avanzate disponibili per la rivelazione di particelle elementari – ha continuato Ambrosi – spinte a un livello di affidabilità estremo, per poter garantire una missione di lunga durata, almeno tre anni, nello spazio”.
Il satellite DAMPE è uno dei cinque progetti di missione spaziale del programma Strategic Pioneer Program on Space Science della CAS. Ha un peso complessivo di circa 1900 kg, di cui 1400 kg rappresentati dai quattro esperimenti scientifici. Una componente chiave del satellite è il tracciatore al silicio, interamente realizzato da ricercatori italiani con il coordinamento dell’INFN di Perugia.
Per garantire l’affidabilità delle scelte costruttive e le prestazioni del rivelatore con i raggi cosmici, un modello di qualifica, del tutto analogo a quello impiegato in volo, è stato sottoposto prima del lancio a verifiche presso il CERN di Ginevra, nell’ambito di una campagna di test con fasci di elettroni, protoni e ioni, che si sono conclusi lo scorso giugno. Il rivelatore è stato poi completato ed è arrivato a Pechino, dove è stato assemblato con il resto dell’apparato.
“Con il lancio di DAMPE, l’INFN vede riconosciuta internazionalmente la propria capacità di costruire rivelatori spaziali di altissima qualità – ha sottolineato Marco Pallavicini, presidente della commissione nazionale INFN per la fisica delle astroparticelle – DAMPE sonderà il mistero della materia oscura, cercando particelle più pesanti di quelle osservabili con gli strumenti oggi in quota, e seguendo una via complementare alle ricerche dirette realizzate ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso”.
Il contributo del team di scienziati italiani all’esperimento è stato il disegno, la realizzazione e la verifica del rivelatore di tracce al silicio. La tecnologia di questo tipo di rivelatore – sviluppata originariamente negli anni ottanta per gli esperimenti di fisica delle particelle elementari negli acceleratori – è stata utilizzata per la prima volta nello spazio proprio dai fisici italiani con l’esperimento AMS-01. Sono poi seguiti altri esperimenti come Pamela e FERMI su satelliti, e AMS-02 sulla ISS, tutti operanti da anni in orbita attorno alla Terra.
Il gruppo italiano ha inoltre fornito l’esperienza e le attrezzature necessarie per effettuare verifiche di funzionamento dell’intero apparato di DAMPE con fasci di particelle, al CERN di Ginevra. Completato lo sforzo per la costruzione dell’apparato sperimentale, i ricercatori italiani saranno nei prossimi mesi in prima linea nelle attività di studio delle prestazioni del rivelatore, e nella preparazione degli strumenti di analisi dati per lo studio dei flussi dei raggi cosmici, sia per gli elettroni che per gli ioni.
Fonte: ASI