Un satellite nello spazio alla ricerca della “Dark Matter”, la materia oscura: è questo l’ambizioso e affascinante obbiettivo del progetto internazionale Dampe (DArk Matter Particle Explorer) a cui ha dato il proprio contributo anche Terni. Questa mattina c’è stata la presentazione a Palazzo Murena, sede del Rettorato.
Il progetto è frutto della collaborazione tra l’Università di Perugia, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (Infn), l’Accademia Cinese delle Scienze e l’Università di Ginevra ed avrà pratica attuazione con la messa in orbita mercoledì 16 dicembre 2015, alle 23,30 (ora italiana) del satellite Dampe, a cui hanno dato un contributo essenziale i ricercatori del Dipartimento di Fisica e Geologia e della sezione dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Perugia. A Terni, nei laboratori del Serms, sono stati eseguiti dei test meccanici. Il lancio sarà effettuato dal “Jiuquan Satellite Launch Center” nel deserto del Gobi in Cina mediante il vettore “Lunga Marcia 2D”.
Il Magnifico Rettore Franco Moriconi, presentando l’iniziativa, ha sottolineato che “momenti come questo dovrebbero essere sempre più numerosi perché rappresentano l’occasione per far conoscere ciò che esce dai nostri laboratori di Perugia e da quelli del Polo universitario di Terni. Ringrazio per questo la prof. Caterina Petrillo, direttore del Dipartimento di Fisica e Geologia dell’Ateneo, che insieme ai suoi collaboratori ci consente di portare in alto il buon nome dell’Università di Perugia. Si tratta di un’eccellente attività di ricerca che implica la collaborazione diretta con aziende umbre ad alta tecnologia. Anche per facilitare queste sinergie – ha concluso il Rettore- ho sottoscritto di recente un accordo in Confindustria con il Polo Aerospaziale Umbro”.
Nel merito del progetto è entrata la prof. Petrillo ricordando che il Dipartimento di Fisica perugino è impegnato da molti anni nella ricerche in Astrofisica e in particolare sull’Antimateria in collaborazione con scienziati e centri di ricerca Usa. L’esperimento attuale collegato al progetto Dampe, di cui sono referenti nazionali la professoressa Bruna Bertucci e il dottor Giovanni Ambrosi dell’Università di Perugia, viene svolto in collaborazione con l’Accademia Cinese delle Scienze e con i centri di ricerca degli atenei di Bari e di Lecce.
Perillo ha spiegato: “Il progetto di collaborazione è nato come trasferimento tecnologico verso i centri di ricerca della Cina di tecnologie di cui l’Università di Perugia e l’Italia sono considerati punti di riferimento a livello internazionale. Questa nostra attività, in modo particolare quella dei laboratori del Polo di Terni, oltre a essere attività di ricerca di base è anche applicata direttamente con alcune aziende umbre specializzate nel settore. Anche per questo motivo l’attività del Polo di ricerca ternano è una realtà indicata per le sue qualità di eccellenza dal Miur, sia a livello nazionale che internazionale. Da sottolineare, infine, che tra i nostri ricercatori impegnati in questo progetto molti sono giovani e giovanissimi, tra i quali: laureandi, neo-laureati e dottorandi”.
Sono poi intervenuti la prof. Bruna Bertucci (responsabile scientifico per il Dipartimento di Fisica e Geologia dell’Ateneo), prof. Maurizio Busso (direttore della sezione locale dell’INFN all’interno del Dipartimento) e il dottor Giovanni Ambrosi (responsabile scientifico del progetto per l’INFN).
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L’EVENTO Il 16 dicembre alle 23:30 ora italiana è prevista con la messa in orbita mercoledì 16 dicembre 2015, alle 23,30 (ora italiana) del satellite DAMPE, a cui hanno dato un contributo essenziale i ricercatori del Dipartimento di Fisica e Geologia e della sezione dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare di Perugia. Il lancio sarà effettuato dal “Jiuquan Satellite Launch Center” nel deserto del Gobi in Cina mediante il vettore “Lunga Marcia 2D”.
BACKGROUND SCIENTIFICO L’evidenza dell’esistenza di una materia ‘invisibile’, chiamata Dark Matter (DM), nel nostro universo è stata ricavata per la prima volta molti anni fa dallo studio del movimento relativo di stelle e galassie, ed è stata confermata più recentemente da misure cosmologiche e per i suoi effetti nelle cosiddette lenti gravitazionali. Nonostante i molti anni di lavoro dei ricercatori, la natura della Dark Matter rimane ancora un mistero ed il suo studio è così diventato una delle questioni fondamentali della scienza moderna. A tal fine sono stati utilizzati rivelatori sotterranei (come ad esempio quelli operanti presso i laboratori INFN del Gran Sasso), grandi apparati presso l’acceleratore LHC del CERN o rivelatori nello spazio come gli esperimenti PAMELA, FERMI e AMS-02.
LA MISSIONE In questo contesto si inserisce l’esperimento DAMPE (Dark Matter Particle Explorer), uno dei cinque progetti di missione spaziale nel programma di ‘Strategic Pioneer Program on Space Science’ dell’ Accademia Cinese delle Scienze (Chinese Academy of Sciences, CAS).
L’apparato DAMPE è un rivelatore di particelle di origine cosmica, progettato per rivelare con estrema precisione elettroni e fotoni in un intervallo energetico in gran parte ancora inesplorato. L’obiettivo principale della missione DAMPE è la ricerca di evidenze di materia oscura e la determinazione delle sue caratteristiche. DAMPE sarà anche in grado di identificare le varie componenti dei raggi cosmici (protoni, particelle alfa e altri nuclei) e di misurarne i flussi in una regione energetica in parte ancora inesplorata.
Le tecnologie utilizzate sono quelle più avanzate disponibili per la rivelazione di particelle elementari, spinte ad un livello di qualità ed affidabilità estremo per garantire una missione di lunga durata (almeno tre anni) nello spazio.
In dettaglio, il rivelatore DAMPE permetterà di osservare elettroni e fotoni nella regione energetica tra 5 GeV e 10 TeV, con una risoluzione in energia senza precedenti (circa 1.5% a 100 GeV). DAMPE sarà anche in grado di misurare i flussi di nuclei sino ad energie di alcune centinaia di TeV, portando quindi nuovi dati che consentiranno di comprendere l’origine e la propagazione dei raggi cosmici nella nostra Galassia.
IL RUOLO DELL’ITALIA E DELL’UMBRIA Il gruppo di scienziati italiani, con il coordinamento dell’INFN di Perugia, coinvolge ricercatori dell’INFN e delle Università di Perugia, di Bari e del Salento. Lo sforzo principale in questi ultimi due anni ha riguardato la progettazione, la costruzione e la verifica delle prestazioni del tracciatore al silicio (STK), uno dei quattro rivelatori presenti nell’apparato DAMPE.
Lo strumento STK, sviluppato a Perugia in collaborazione con l’Università di Ginevra, utilizza la tecnologia dei rivelatori a microstrisce di silicio per il tracciamento di precisione delle particelle incidenti in DAMPE. Questa tecnologia, originariamente sviluppata per gli esperimenti di fisica delle particelle elementari ai grandi acceleratori a partire dagli anni ‘80, è stata utilizzata per la prima volta nello spazio proprio dai ricercatori italiani con l’esperimento AMS-01, che ha volato per 10 giorni sullo Shuttle Discovery nel 1998. Sono poi seguiti altri esperimenti, come Pamela e FERMI su satellite e AMS-02 sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS), tutti operanti da anni in orbita attorno alla Terra.
I laboratori di ricerca sviluppati congiuntamente dall’Ateneo Perugino e dall’INFN nel corso degli ultimi venti anni hanno avuto un ruolo cruciale nella costruzione dell’esperimento e nella verifica della sua resistenza all’ambiente spaziale.
L’assemblaggio e la verifica delle prestazioni di 7,7 m2 di sensori al silicio sono stati condotti infatti con macchinari all’avanguardia e precisioni micrometriche nelle camere “pulite” del Dipartimento, ambienti con condizioni controllate di temperatura, umidità e particolato. Stress meccanici e termici in condizioni di vuoto sono stati applicati nelle varie fasi in cui si è articolata la costruzione, a partire dai primi prototipi fino allo strumento finale, presso il laboratorio SERMS di Terni, unica infrastruttura segnalata per la regione Umbria all’interno del Programma Nazionale per le Infrastrutture di Ricerca (PNIR) 2014-2020.
“L’esperienza maturata in seno all’INFN nello sviluppo di rivelatori a microstrip di silicio in ambito spaziale è stata determinante per vincere questa sfida, che ha visto in meno di due anni la progettazione, la costruzione, la qualifica spaziale e la verifica con fasci di particelle di un tracciatore composto da 12 piani di rivelatori di silicio” – spiega Giovanni Ambrosi della sezione INFN di Perugia e coordinatore nazionale dell’esperimento. “Questo nuovo progetto è la naturale prosecuzione delle ricerche intraprese con l’esperimento AMS, il cacciatore di anti-materia che ci sta dando importanti indicazioni importanti su nuovi fenomeni a scale energetiche che DAMPE potrà esplorare nei prossimi anni” – commenta la Prof.ssa Bruna Bertucci dell’Università di Perugia, coordinatrice nazionale di AMS e responsabile del progetto DAMPE per l’Università di Perugia.
Il gruppo italiano è stato anche responsabile dello sviluppo di parte dei software di simulazione, fondamentali in questo genere di esperimenti per poter comprendere a fondo il funzionamento del rivelatore, nonché dei test condotti presso il CERN di Ginevra per caratterizzare e calibrare tutti gli strumenti presenti a bordo prima del lancio.
LA STORIA DEL PROGETTO Il progetto DAMPE è nato come attività della comunità scientifica cinese nel 2011, quando è stato approvato dalla Chinese Academy of Sciences (CAS) come una delle cinque missioni dello “Strategic Priority Research Program in Space Science”. Nell’Aprile 2013, con la firma del Memorandum of Understanding (il documento costitutivo delle Collaborazioni scientifiche) presso l’ufficio di Presidenza dell’INFN a Roma, la Collaborazione è diventata internazionale, con la partecipazione dell’Italia e della Svizzera. Gli enti di ricerca europei attualmente coinvolti in DAMPE sono l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, le Università di Perugia, di Bari, del Salento (Lecce) e l’Università di Ginevra. Le responsabilità della componente europea, e italiana in particolare, hanno riguardato la progettazione e costruzione del tracciatore in silicio e nel’immediato futuro riguarderanno l’analisi dei dati per lo studio dei flussi dei raggi cosmici e dei fotoni galattici ed extragalattici.
Completato lo sforzo per la costruzione dell’apparato sperimentale, i ricercatori italiani sono infatti in prima linea nelle attività di studio delle prestazioni del rivelatore e nello sviluppo degli strumenti di analisi dati. E’ chiaramente di primaria importanza essere pronti a verificare il comportamento dello strumento non appena arriveranno a terra i primi dati dopo la messa in orbita: dopo alcune settimane di verifica, il rivelatore dovrà infatti funzionare al massimo delle sue potenzialità per garantire la qualità dei risultati scientifici futuri..
GLI ISTITUTI PARTECIPANTI La Collaborazione scientifica DAMPE è costituita dai seguenti enti di ricerca cinesi ed europei:
- Purple Mountain Observatory – Nanjing
- University of Science and Technology of China – Hefei
- Institute of High Energy Physics – Beijing
- Institute of Modern Physics – Lanzhou
- National Center for Space Science – Beijing
- Università di Ginevra
- Sezione INFN e Università di Perugia
- Sezione INFN e Università di Bari
- Sezione INFN di Lecce e Università del Salento
