Da qualche parte molto lontano nell'universo, scoppia una stella e inizia una cascata.
Energia e piccoli frammenti di materia si allontanano in ogni direzione dalla supernova in fiore. Hanno un impatto su pianeti e altre stelle e si schiantano contro i media interstellari, e una piccola parte di essi raggiunge la Terra.
Questi sono raggi cosmici primari, fasci di luce e particelle subatomiche spettrali chiamate neutrini che gli scienziati rilevano con sottili telescopi e uno strano rivelatore ancora sepolto sotto il ghiaccio del Polo Sud. Arrivano in un torrente da ogni direzione contemporaneamente, mentre le stelle muoiono in tutto l'universo.
Ma non sono gli unici raggi cosmici. C'è un altro tipo, più difficile da rilevare e misterioso.
Quando i raggi cosmici primari si scontrano con i media interstellari - le cose sconosciute e invisibili tra le stelle - i media prendono vita, inviando nello spazio i loro flussi di particelle cariche, ha affermato Samuel Ting, professore di fisica presso il Massachusetts Institute of Technology che ha vinto il premio Nobel nel 1976 per aver scoperto la prima di una strana nuova classe di particelle formata da quark sia di materia che di antimateria.
E in un nuovo articolo pubblicato l'11 gennaio sulla rivista Physical Review Letters, Ting e i suoi colleghi hanno tracciato ulteriormente quali sono quelle particelle e come si comportano. In particolare, i ricercatori hanno descritto le cariche e gli spettri di particelle di litio, berillio e nuclei di boro che si schiantano nell'atmosfera terrestre, basandosi sui risultati precedenti che descrivono le cariche e gli spettri dei raggi dell'elio, del carbonio e dell'ossigeno.
"Per studiare questi, è necessario posizionare un dispositivo magnetico nello spazio, perché a terra i raggi cosmici carichi vengono assorbiti dai 100 chilometri di atmosfera", ha detto Ting a Live Science.
I risultati di questo articolo sono il culmine di oltre due decenni di lavoro, risalenti a una riunione del maggio 1994, quando Ting e molti altri fisici andarono a trovare Daniel Goldin, allora amministratore della NASA. L'obiettivo: convincere Goldin a mettere un magnete sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), che avrebbe iniziato la costruzione quattro anni dopo, nel 1998. Senza un magnete, le particelle cosmiche passerebbero attraverso qualsiasi rivelatore in linea retta, senza dare informazioni sulle loro proprietà, ha detto Ting.
Goldin "ascoltò attentamente", disse Ting. "Ha detto che questa è una buona idea sperimentale per la stazione spaziale. Ma nessuno ha mai messo un magnete nello spazio, perché un magnete nello spazio - perché interagisce con il campo magnetico terrestre - produrrà una coppia e la stazione spaziale perderà il controllo È proprio come una bussola magnetica. "
Per evitare di distorcere l'ISS dal cielo, Ting e i suoi collaboratori hanno costruito lo spettrometro alfa magnetico (AMS): un rilevatore di particelle preciso come quelli di Fermilab e CERN, ma miniaturizzato e collocato all'interno di un tubo magnetico cavo. Criticamente, le due metà del tubo hanno polarità invertite, quindi torcono la stazione spaziale in direzioni opposte, annullandosi a vicenda, ha detto Ting.
Nel 2011, l'AMS ha cavalcato nello spazio sulla navetta spaziale Endeavour, la penultima missione di quell'imbarcazione. E per gran parte dell'ultimo decennio, l'AMS ha silenziosamente rilevato 100 miliardi di raggi cosmici.
Alla fine, Ting e il suo team sperano di usare quei dati per rispondere a domande molto specifiche sull'universo, ha detto. (Anche se può anche rispondere a domande più banali, come le particelle che possono scagliare gli astronauti sulla loro strada verso Marte.)
"La gente dice:" media interstellare ". Che cos'è il media interstellare? Qual è la proprietà? Nessuno lo sa davvero", ha detto Ting. "Il novanta percento della materia nell'universo non puoi vedere. E, quindi, la chiami materia oscura. E la domanda è: cos'è la materia oscura? Ora, per fare questo, devi misurare con precisione positroni, antiprotoni, anti -elio, e tutte queste cose. "
Ting ha detto che attraverso accurate misurazioni della materia e dell'antimateria che arrivano nei raggi cosmici secondari, spera di offrire ai teorici gli strumenti necessari per descrivere la materia invisibile nell'universo - e attraverso quella descrizione, capire perché l'universo è fatto di materia a tutto e non antimateria. Molti fisici, incluso Ting, credono che la materia oscura possa essere la chiave per risolvere quel problema.
"All'inizio, ci deve essere una quantità uguale di materia e antimateria. Quindi, le domande: perché l'universo non è fatto di antimateria? Che cosa è successo? Esistono antielio? Anti-carbonio? Anti-ossigeno? Dove sono loro?"
La scienza dal vivo ha contattato un certo numero di teorici che lavorano sulla materia oscura per discutere del lavoro di Ting e di questo documento, e molti hanno avvertito che i risultati di AMS non hanno ancora gettato molta luce sull'argomento, in gran parte perché lo strumento deve ancora effettuare misurazioni ferme della spaziale antimateria (anche se ci sono stati alcuni primi risultati promettenti).
"Il modo in cui i raggi cosmici si formano e si propagano è un problema affascinante e importante che può aiutarci a comprendere il mezzo interstellare e le esplosioni potenzialmente ad alta energia in altre galassie", ha scritto in un'e-mail Katie Mack, astrofisica della North Carolina State University, aggiungendo che AMS è una parte critica di quel progetto.
È possibile che AMS produrrà risultati più significativi e verificati sull'antimateria, ha affermato Mack, o che i rilevamenti di materia - come quelli descritti in questo documento - aiuteranno i ricercatori a rispondere alle domande sulla materia oscura. Ma questo non è ancora successo. "Ma per la ricerca della materia oscura", ha detto a Live Science, "la cosa più importante è ciò che l'esperimento può dirci sull'antimateria, perché è la materia oscura che si annichilisce in coppie materia-antimateria che è il segnale chiave cercato ".
Ting ha detto che il progetto sta arrivando lì.
"Misuriamo i positroni. E lo spettro assomiglia molto allo spettro teorico della materia oscura. Ma abbiamo bisogno di più statistiche per confermare, e il tasso è molto basso. Quindi, dobbiamo solo aspettare qualche anno", ha detto Ting.
