Alla ricerca della Materia Oscura

6. Risultati della ricerca indiretta nello spazio

di Marco Casolino,  in redazione: pp 

Tra gli esperimenti nello spazio citiamo PAMELA icona_linkesterno, il cui obiettivo principale è la misura accurata dello spettro di antiparticelle nei raggi cosmici. Antiprotoni e positroni hanno la stessa massa e lo stesso valore assoluto della carica elettrica delle loro controparti, protoni ed elettroni, che sono i costituenti di base degli atomi del nostro mondo. Le loro cariche elettriche hanno però segno contrario e dunque possono essere identificati dalla opposta curvatura nel campo magnetico di PAMELA icona_linkesterno.

 

esperimento_pamela_dati_scienzapertutti

Figura 6.1 Dati PAMELA: misura del rapporto positroni/(positroni + elettroni) (alto) e antiprotoni/protoni (basso).

Queste componenti, normalmente prodotte in urti tra protoni galattici ed il gas interstellare, non sono contaminate dalle sorgenti stellari e costituiscono un ottimo strumento per la ricerca indiretta della materia oscura. Infatti, un eventuale eccesso del numero di antiparticelle rivelate può essere indice di materia oscura che si è annichilata dando un ulteriore contributo alla loro produzione. A seconda dei vari modelli sulla natura e massa delle elusive particelle che compongono questo tipo di materia, è possibile prevedere distorsioni e incrementi degli spettri di antiprotoni e positroni. In figura 6.1 sono mostrate le misure di PAMELA sino a 100 GeVicona_glossario , energia mai raggiunta precedentemente. Il quadro che emerge è sconcertante e stimolante allo stesso tempo: il numero di antiprotoni appare coerente con quanto aspettato da una produzione normale, mentre quello di positroni mostra un aumento significativo al di sopra di 10 GeV.

 

 

La misura del rapporto consente di ottenere una misura più precisa, riducendo gli effetti strumentali. Si noti la rarità delle antiparticelle rispetto alle particelle. La componente di antiprotoni risulta coerente con le varie ipotesi sulla interazione di raggi cosmici nel mezzo interstellare (curve continue e tratteggiate), mentre quella di positroni mostra un eccesso inaspettato sopra 10 GeV. La curva in nero mostra il contributo atteso in assenza di contributi anomali, mentre la curva in verde ipotizza il contributo di una particella di materia oscura, che – annichilandosi – produce un eccesso di positroni. La curva blu mostra una stima del possibile contributo dovuto a Pulsar icona_glossario. Sono state avanzate varie ipotesi sulla natura di questo aumento inaspettato di positroni di alta energia: la più interessante è appunto quella che siano prodotti dalla annichilazione di materia oscura, anche se sorgenti astrofisiche come pulsar potrebbero contribuire in parte al flusso di positroni osservato. Un altro tipo di prodotti dell’annichilazione della materia oscura è nei raggi gamma, che hanno anche il vantaggio di fornire indicazioni sulla direzione di provenienza del segnale. Al momento le ricerche proseguono con il satellite GLAST icona_linkesterno, ma non è stato possibile provare la presenza di eccessi neanche verso il centro della galassia, dove ci si apetta che la densità di materia oscura sia maggiore.

 

I recentissimi risultati di AMS-02 icona_linkesterno(marzo 2013icona_news.png) confermano pienamente i risultati di PAMELA, estendendoli fino all'energia di 350 GeV. Le caratteristiche di AMS-02, in orbita dal 2011,  permetteranno uno studio accurato, con un'abbondanza di dati molto maggiore di PAMELA, del flusso di antiparticelle nello spazio.

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