Studiare i raggi cosmici per capire la materia oscura, anche Unisalento nell’esperimento Dampe

La rivista scientifica “Nature” ha pubblicato ieri i primi risultati dell’esperimento DAMPE (DArk Matter Particle Explorer) in orbita su satellite dal dicembre 2015, che vede la partecipazione di un team di scienziati dell’Università del Salento e della Sezione di Lecce dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).

Si tratta della misura del flusso di elettroni e positroni cosmici di altissima energia (da 55 GeV a 4,6 TeV). Per la prima volta la misura diretta di queste particelle nello spazio riesce a mettere in evidenza e valutare una brusca variazione, in gergo “break”, nell’andamento del loro flusso in funzione dell’energia. Ad energie al di sopra dei 0.9 TeV, il flusso di elettroni e positroni cambia il suo andamento e si “piega”, decrescendo più rapidamente con l’aumentare dell’energia. Questo fenomeno era stato recentemente misurato solo da esperimenti a terra, con osservazioni indirette, con un’incertezza molto maggiore e risultati in parte ancora preliminari. DAMPE è frutto di una collaborazione internazionale a cui lavorano oltre 100 tra scienziati, tecnici e studenti provenienti da istituzioni cinesi, italiane e svizzere guidate dal Purple Mountain Observatory (PMO) dell’Accademia Cinese di Scienze (CAS).

L’Italia è coinvolta con un gruppo di circa venti scienziati dalle sezioni di Perugia, Bari e Lecce dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e le Università di Perugia, Bari e del Salento.  Si tratta di una missione per lo studio della radiazione cosmica di alta energia. Il rivelatore è stato progettato per misurare i flussi di elettroni, fotoni, protoni e nuclei, con una precisione e in un intervallo di energia maggiore degli esperimenti già attivi. L’importanza della misura di DAMPE è legata alla ricerca e allo studio delle sorgenti di elettroni e positroni ad energie del TeV, se siano oggetti di natura astrofisica – ad esempio pulsar – o se la loro presenza sia dovuta in parte alla materia oscura.

Partito il 17 dicembre 2015 dalla base di lancio cinese Jiuquan Satellite Launch Center nel deserto di Gobi, – grazie ad un razzo del tipo Long March 2d – il satellite orbita a una quota di circa 500 km, e da quasi due anni opera ininterrottamente per cercare indizi sulla sfuggente materia oscura nel flusso di raggi cosmici che dallo spazio giungono incessantemente sulla terra. Nei suoi primi 530 giorni di attività scientifica, fino all’8 giugno di quest’anno, DAMPE ha rivelato 1.5 milioni di elettroni e positroni cosmici con energie al di sopra dei 25 GeV, con un’elevata risoluzione energetica e con una bassa contaminazione da particelle di fondo, principalmente protoni, a livelli senza precedenti.

“Presso il nostro Ateneo è da decenni attivo un gruppo all’avanguardia nello studio della radiazione cosmica di alta energia, che ha partecipato ad esperimenti frutto di collaborazioni internazionali come MACRO (presso i laboratori sotterranei del Gran Sasso), ARGO-YBJ (nel sito ad alta quota di YanBaJing in Tibet), AUGER (attualmente in funzione nella pampa argentina)” – spiega Ivan De Mitri, responsabile a Lecce dell’esperimento DAMPE, docente di Fisica Sperimentale delle Interazioni Fondamentali al Dipartimento di Matematica e Fisica e coordinatore del gruppo di Fisica Astroparticellare della sezione di Lecce dell’INFN. – Membri del gruppo salentino sono anche Paolo Bernardini e Giovanni Marsella, docenti di Fisica Sperimentale delle Interazioni Fondamentali presso lo stesso Dipartimento, e Antonio Surdo, primo ricercatore della sezione INFN di Lecce, nonché i borsisti Antonio D’Amone, Antonio De Benedittis , Margherita Di Santo e Zhaomin Wang (del Gran Sasso Science Institute).

“In tutto questo – continua De Mitri – ha avuto e continua ad avere un ruolo fondamentale la collaborazione con l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, che a Lecce ha una delle sue sezioni sin dal 1989, con attività di ricerca sia sperimentali che teoriche nella fisica delle interazioni fondamentali.”