Record italiano sulla stazione Iss 85 miliardi di particelle osservate

di Antonino Zichichi

A ll'altezza di 400 chilometri gira attorno a noi la Stazione spaziale internazionale (Iss: International space station) che impiega un'ora e 35 minuti per fare un giro. La Iss è il più grande progetto spaziale finora realizzato. Nella Iss c'è Ams, il più potente rivelatore di raggi cosmici realizzato nei laboratori di quindici nazioni, tra cui l'Italia. A partire dall'ottobre 2000 ci sono nella Iss tre astronauti in permanenza. Per loro, che impiegano meno di due ore a fare un giro attorno alla Terra, la notte non dura dodici ore. In quell'angolo di spazio cosmico vicino alla Terra si vive al ritmo di un giro ogni novanta minuti. Nella Iss la notte dura appena 45 minuti e anche il giorno.

L'orbita copre una parte del globo terrestre (85%) dove vive oltre il 95% della popolazione mondiale. L'energia elettrica viene fornita da pannelli solari che ruotano per massimizzare la raccolta dei raggi del Sole. La superficie totale equivale a quella di due campi di calcio. Il volume dei moduli pressurizzati, abitabili come veri e propri laboratori, corrisponde a quello di due Jumbo-Jet (747). Inevitabili sorgenti di attrito fanno perdere lentissimamente quota alla Iss. Per mantenerla all'altezza desiderata di 400 chilometri circa è necessario spingerla in alto con propulsori ogni tre mesi circa.

In questa stazione è installato Ams (Antimatter in space), una struttura tecnologica con i più potenti strumenti che siano stati finora realizzati per lo studio dei raggi cosmici. Due tecnologie d'avanguardia sono il Tof (Time of flight) e il Preshower.

Il Tof è necessario per distinguere le particelle pesanti dei raggi cosmici da quelle leggere. Il Preshower serve per distinguere gli elettroni, che sono di natura esclusivamente elettromagnetica, dalle altre particelle di natura nucleare. La potenza per distinguere questi due mondi è di una parte su diecimila. Entrambi questi rivelatori sono stati inventati e realizzati dal mio gruppo al Cern (Ginevra) e a Bologna nell'Istituto di Fisica dell'Università e nella Sezione Infn.

Ed ecco il primo risultato ottenuto dopo ben cinque anni di osservazioni e misure per ben 85 miliardi di raggi cosmici, un record mondiale. Studiando questi raggi abbiamo capito quanto sia diverso il mondo a noi lontano da quello a noi vicino.

Il mondo a noi vicino lo possiamo studiare usando pane, acqua, aria; quello a noi lontano usando i raggi cosmici che dopo milioni di anni trascorsi viaggiando nel cosmo arrivano nella Stazione spaziale internazionale.

Una fetta di pane, un bicchiere d'acqua, l'aria che respiriamo, sono tutte cose fatte con un numero di protoni esattamente eguale al numero di elettroni. In un grammo d'acqua ci sono qualcosa come un milione di miliardi di miliardi di protoni e lo stesso numero di elettroni. Prendendo come base i protoni, il rapporto tra numero di elettroni e numero di protoni è quindi uno. Nei raggi cosmici osservati da Ams viene fuori che il numero di elettroni è invece cento volte meno di quello dei protoni. Nella fetta di pane e nelle altre cose prima citate se cercassimo di vedere se ci sono antielettroni troveremmo zero. Quindi un milione di miliardi di miliardi di elettroni e zero antielettroni. Nei raggi cosmici osservati da Ams viene fuori invece che il numero di antielettroni è enorme: ben centomila miliardi di miliardi.

Nella fetta di pane non c'è nemmeno un antiprotone rispetto all'enorme numero di protoni, prima citato. Nei raggi cosmici osservati con Ams ci sono invece qualcosa come cento miliardi di miliardi di antiprotoni. Insomma i raggi cosmici hanno una composizione completamente diversa da quella di cui è fatta la materia a noi familiare. Materia che non si limita a essere solo per la fetta di pane e le arance ma si estende alla Stella che ci illumina e riscalda: il Sole. Il Sole è fatto con lo stesso enorme numero di protoni ed elettroni. Il Sole può emettere luce e calore grazie al fatto che il protone possiede carica elettrica (positiva) e l'elettrone carica elettrica (negativa). Nel cosmo ci sono motivi per pensare che l'enorme numero di stelle e di galassie è appena qualcosa come il quattro per cento del totale di massa ed energia di cui è fatto l'universo. Il resto sono materia oscura ed energia oscura.

Né l'una né l'altra sono in grado di produrre onde elettromagnetiche, quindi luce. Ecco perché vengono definite «oscure». Ed ecco perché il prossimo obiettivo di Ams è capire se c'è materia oscura e l'enorme quantità di energia «oscura» nella struttura dell'universo.