giovedì 4 aprile 2013

AMS-02 conferma i dati di PAMELA... e li estende ad una energia un po' più alta

(here in english)

PAMELA è uno spettrometro magnetico lanciato più di 6 anni fa a bordo del satellite russo Resurs-DK1. Dal 2006 sta fornendo dati di alta precisione su raggi cosmici di origine solare, galattica ed intrappolata nel campo geomagnetico
Il principale risultato è quello della misura della componente di antimateria, antiprotoni e positroni, presente nei raggi cosmici. L'importanza di questa misura risiede nella possibilità di rivelare la presenza indiretta di materia oscura. 

Possibile produzione di particelle secondarie a seguito dell'annichilazione delle particelle di materia oscura.

Le misure di PAMELA, pubblicate su Nature nel 2009 (Nature 458, 607-609 (2009) una copia è disponibile qui),  hanno raggiunto per la prima volta  l'energia di 100 GeV, 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. Sono state avanzate varie ipotesi (varie centinaia in più 1000 articoli!) 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.

Misura del rapporto positrone/(positroni + elettroni) (alto) e antiprotone/protone (basso) misurato da PAMELA. 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.  


I risultati di AMS confrontati con quelli di PAMELA e GLAST
(da qui)

E' quindi piacevole (e tranquillizzante....) avere una ulteriore conferma delle misure di PAMELA del 2009. Una prima conferma è arrivata con il satellite FERMI/GLAST nel 2011 (qui il preprint, qui una spiegazione del metodo di misura) che ha esteso l'intevallo energetico.
Le misure indipendenti di AMS, presentate da Sam Ting al Cern il 3 aprile (qui il comunicato stampa), qui un ottimo intervento di Roberto Battiston,  mostrano infatti un ottimo accordo con quelle di PAMELA. La maggiore grandezza di AMS consente di avere un numero maggiore di positroni e dunque un minore errore statistico. A basse energie la differenza è dovuta alla modulazione solare. A più alte energie sembrerebbe che il rapporto positroni/elettroni tenda verso un valore costante (e più basso di quello di GLAST), indice che  il meccanismo di produzione di positroni, qualunque esso sia, stia andando verso un valore costante. Purtroppo non sono evidenti strutture (con molta fantasia qualcosa a 100 GeV) che possano fare pensare all'annichiliazione di materia oscura.
Questo primo risultato mostra le potenzialità di AMS, lo strumento di punta della Stazione Spaziale Internazionale e fa ben sperare per il proseguimento della missione. 
Sarà interessante vedere se i risultati di AMS sugli antiprotoni confermeranno - come plausibile attendersi - quelli di PAMELA.