Luca Parmitano durante la seconda attività extraveicolare per la manutenzione di Ams-02. Foto Esa/Nasa

“Sarà la parte forse più difficile quella che comincia lunedì 2 dicembre e continuerà il 9”. Lo dice chiaramente Roberto Battiston, fisico sperimentale e presidente dell’Agenzia spaziale italiana dal 2014 al 2018. Quella a cui si riferisce è la terza attività extraveicolare di Luca Parmitano durante la quale, con il collega Andrew Morgan della Nasa, proseguirà la manutenzione del cacciatore di antimateria Ams-02, all’esterno della Stazione spaziale internazionale. 

“I primi due Eva (Extra-vehicular activity, Ndr)  – spiega Battiston, uno dei “papà” dello strumento – hanno permesso a Luca e al suo collaboratore di aprire gli strati che coprono il blocco di pompe di raffreddamento”. L’ambiente interno ad Ams-02 deve mantenersi intorno ai 10-15 gradi centigradi: nello spazio si possono raggiungere valori nettamente diversi e quindi è importante mantenere una temperatura stabile. Gli astronauti dunque, illustra Battiston, hanno scoperto i vari strati protettivi, raggiungendo i tubi che contengono anidride carbonica ad altissima pressione, hanno scaricato anidride carbonica e tagliato gli otto tubi. Su questi, a partire dal 2 dicembre, inizieranno a rimettere le connessioni che portano al nuovo blocco di pompe che sarà poi installato sopra al precedente, il quale a quel punto resterà inutilizzato. “È come la sostituzione di un cuore, di una parte di un componente importante dell’esperimento, perché senza il raffreddamento la precisione di misura di Ams-02 viene compromessa”.

Battiston insiste sulla delicatezza di questa fase delle operazioni. Sottolinea che sarà necessario assicurarsi che la tenuta di questi sistemi ad alta pressione sia perfetta e questo richiederà un’interazione con gli astronauti che lavorano sulla Stazione spaziale e con il team di Ams al Cern e alla Nasa di Houston che daranno la possibilità di verificare in tempo reale i vari passaggi della riparazione.

Immagine del cacciatore di antimateria Ams-02. Foto Nasa

“Luca Parmitano sta svolgendo un’attività che passerà alla storia come intervento all’esterno della stazione spaziale. Inizialmente non si riteneva che l’esperimento potesse durare così a lungo, ma i risultati ottenuti, oltre all’importanza dello studio per la ricerca fondamentale, hanno spinto la Nasa a darci la possibilità di estenderlo almeno per altri sette, otto anni”.

Ams-02, cacciatore di antimateria

L’antimateria è uno dei concetti rivoluzionari dei primi decenni del secolo scorso. Alla fine degli anni Venti, fu Paul Dirac a predire una simmetria profonda nella natura tra la materia –  composta da particelle come i protoni, i neutroni, gli elettroni – e il corrispondente stato di antimateria: secondo la sua teoria, per ogni particella sarebbe esistita una antiparticella con carica elettrica (ed altri valori) di segno opposto. Nel 1932 spettò a Carl D. Anderson il merito di identificare sperimentalmente l’antielettrone (detto positrone) nei raggi cosmici, avvalorando in questo modo la tesi di Dirac.

Ebbene se vengono messe in contatto, materia e antimateria si annichilano, creando energia pura, fotoni, luce. Al momento del Big Bang l’universo era perfettamente simmetrico, esisteva tanta materia quanta antimateria. Dopo la grande esplosione ed espansione iniziale, però, le due componenti si sono annichilite quasi completamente: si ritiene che una parte della materia abbia continuato a esistere (noi con tutte le stelle e le Galassie), ma che possa essere rimasta traccia anche di una piccolissima frazione di antimateria.

“Andiamo a cercarla in tutti i modi possibili – continua Battiston –, ma è chiaro che, per identificare quantità di antimateria importanti, non possiamo cercare sulla Terra o all’interno di un sistema in cui la materia sia dominante in modo totale (con i pianeti, il sistema solare, il Sole o le stelle vicine), dobbiamo piuttosto provare a rintracciarla nei raggi cosmici che vengono da molto lontano e ci possono portare ‘frammenti’, antinuclei e antiparticelle di materia”.

I risultati di Ams-02: identificati troppi antielettroni

“Ams ha già identificato antiparticelle in quantità importante, ha misurato milioni e milioni di antielettroni, di positroni, moltissimi antiprotoni, si sta avvicinando la capacità di vedere l’antideuterio, che è un primo stato complesso di antinucleo, e abbiamo alcuni sorprendenti candidati che stiamo studiando con grande attenzione di antielio-3 e antileio-4”. Le antiparticelle sono già state misurate e le più rare, di cui si possiedono pochi esempi, sono ancora in fase di studio. Per questo la Nasa ha dato la possibilità di riparare il sistema di raffreddamento di Ams, prolungandone la vita: in questo modo si potrà identificare ancora qualcuno di questi eventi e avere una statistica sufficientemente alta per raggiungere risultati di assoluto rilievo.         

“I risultati già pubblicati sulle più importanti riviste internazionali riguardano gli antielettroni. Ne vediamo troppi, una quantità eccessiva in modo assolutamente evidente, ad alta energia”. Si tratta di un’energia pari a 500-600 volte quella del protone, tipica dei più grandi acceleratori di particelle. Battiston spiega che non è ancora chiaro da dove provenga questo picco, molto maggiore rispetto alle attese. “Stiamo cercando di capire se si tratti di un fenomeno astrofisico prevedibile, ma mai osservato prima, o se invece sia l’indicazione di qualcosa di nuovo, come ad esempio la materia oscura, un’altra delle grandi questioni aperte nel campo dell’astrofisica fondamentale”. E ricorda che oggi conosciamo solo il 5% di ciò che compone l’Universo (le stelle, i pianeti, noi), ma manca la comprensione del restante 95% di materia ed energia oscura. 

“In queste condizioni – conclude Battiston – ogni nuovo segnale che possa mostrare un fenomeno inaspettato ci fa pensare che potrebbe essere un’indicazione legata alla materia oscura o a fenomeni completamente nuovi ed è questa la ragione per cui i dati ottenuti da Ams-02 già pubblicati suscitano tanto interesse”.