venerdì 17 aprile 2015

Cosa ha trovato AMS ultimamente

In questi giorni sono stati resi pubblici alcuni risultati di AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), uno strumento a bordo della ISS (International Space Station, dove al momento c'è anche l'astronauta italiana Samantha Cristoforetti) che si occupa di studiare i raggi cosmici, dei quali avevamo parlato già in passato qui.

Giusto per ricapitolare, i raggi cosmici sono particelle (quindi non sono raggi) che bombardano la Terra ogni giorno a velocità altissime (prossime a quelle della luce). Questi raggi cosmici poi, volendo, possono anche collidere tra di loro: in questo caso essi generano una serie di particelle o anti-particelle che vengono infine rivelate da AMS.

Piccola parentesi veloce sull'antimateria. Si tratta di particelle che hanno la stessa massa ma certe specifiche caratteristiche opposte delle loro particelle sorelle. Per esempio l'elettrone ha carica elettrica negativa mentre la sua anti-particella, il positrone, ha la stessa massa dell'elettrone ma carica elettrica opposta, cioè positiva. Quando materia e anti-materia si scontrano, si creano fotoni e questo fenomeno, in gergo, viene chiamato annichilazione. 

Ottimo, ora abbiamo tutti gli ingredienti per andare avanti. Cosa ha misurato AMS? Lo strumento a bordo della stazione spaziale internazionale ha misurato il rapporto (in termini di particelle rivelate) tra anti-protoni e protoni. Cosa ha trovato AMS? Vediamolo nel grafico di seguito e poi lo spieghiamo per bene e semplice semplice:



Dunque, sull'asse verticale abbiamo il rapporto numerico anti-protoni su protoni; sull'asse orizzontale abbiamo l'energia di queste particelle rivelate da AMS. In rosso, i punti rappresentano i dati raccolti da AMS: come potete vedere il rapporto anti-protoni su protoni sembra essere abbastanza costante con il variare dell'energia.
La striscia marrone indicata con "Secondary production" (Produzione secondaria), mostra come dovrebbero essere posizionati i dati osservati nel caso non ci fossero scherzi e il rapporto anti-protoni su protoni fosse regolato dal normale scontrarsi di raggi cosmici che gli scienziati conoscono.

E invece? Ebbene lo scherzo c'è. Infatti i dati si comportano diversamente e il modello di ordinarie collisioni di raggi cosmici non riproduce i dati osservati. Che si fa, dunque?

Come sempre o quasi, si pensa alla materia oscura. Infatti, abbiamo già detto un paio di volte che gli scienziati pensano tale materia possa essere fatta da particelle chiamate WIMPs (Weakly Interacting Massive Particles) che, alla fine della fiera, non sono altro che le anti-particelle di se stesse. Cioè ogni WIMP è sia una particella che una anti-particella. Perciò quando due WIMPs si scontrano abbiamo l'annichilazione e come fenomeno collaterale quindi un fotone o una coppia elettrone-positrone, per esempio. In quest'ultimo caso, in definitiva, otterremmo un eccesso di anti-protoni che arrivano diritti tra le grinfie di AMS. 

Ora, ovviamente non sappiamo se le cose stiano effettivamente così. Cioè, la materia oscura è una possibile spiegazione per il rapporto praticamente costante tra anti-protoni e protoni che AMS osserva. Ovviamente, sarebbe anche una scoperta con i fiocchi, su questo non c'è dubbio.

Come al solito, solo il tempo ci dirà la verità. Infatti la teoria prevede che se l'eccesso di anti-protoni viene dalla materia oscura, ad un certo punto la curva dei dati di AMS deve scendere fino a tornare a seguire la striscia marrone. AMS sta raccogliendo dati per capire tutto ciò: abbiate pazienza, ci torneremo su questa cosa in futuro.

Nel frattempo pensate a questa cosa: stiamo osservando qualcosa (tramite AMS) che non torna con le nostre teorie sui raggi cosmici. 
Non è la prima volta e, certo, non sarà nemmeno l'ultima volta che una cosa del genere accade nella scienza. 
Tuttavia questa cosa mi riempie di un senso storico, mi immerge nel contesto attuale della scienza, in cui ogni giorno ci sono notizie e articoli scientifici in cui nuove osservazioni e teorie vengono proposte, con un solo unico obiettivo: capire meglio l'universo in cui viviamo.