La missione DAMPE pubblicata su Nature rivela nuove evidenze sui raggi cosmici, con il contributo di UniìSalento, INFN e altri partner
di Antonio Portolano
LECCE – Una svolta nella comprensione dei raggi cosmici: individuata una soglia energetica comune per nuclei diversi, legata alla rigidità magnetica e osservata a energie mai raggiunte prima.
Le nuove evidenze sui raggi cosmici galattici
Una soglia comune nello spettro energetico dei raggi cosmici galattici. Una diminuzione più rapida del flusso oltre un valore critico di energia. Un comportamento condiviso da nuclei diversi, dall’idrogeno al ferro. E, soprattutto, un parametro fisico unico che governa questa transizione: la rigidità magnetica, fissata attorno ai 15 TeraVolt.
Sono queste le nuove scoperte emerse dalla missione DAMPE, pubblicate sulla rivista Nature, che aprono una prospettiva più chiara sul comportamento delle particelle ad altissima energia nella nostra Galassia. Le osservazioni mostrano che particelle cariche molto diverse tra loro seguono una stessa legge fisica quando raggiungono energie elevate, indicando l’esistenza di meccanismi comuni nella loro accelerazione o propagazione.
Il risultato introduce un vincolo sperimentale forte per la fisica astroparticellare, perché suggerisce che i processi che modellano lo spettro dei raggi cosmici non dipendono solo dal tipo di particella, ma da proprietà più universali legate alla loro dinamica nei campi magnetici galattici.
La missione DAMPE e l’origine dei dati
Le scoperte derivano dai dati raccolti da DAMPE (Dark Matter Particle Explorer), missione spaziale attiva da oltre dieci anni su un satellite in orbita a circa 500 chilometri di quota. Il progetto è guidato dall’Accademia cinese delle scienze e vede un contributo determinante dell’Italia, coordinato dall’INFN.
La capacità di DAMPE di esplorare regioni energetiche estreme ha reso possibile questo risultato. Le particelle osservate raggiungono energie dell’ordine del PeV, pari a un milione di miliardi di elettronvolt. Si tratta di livelli energetici generati negli ambienti più violenti della Galassia e oltre cento volte superiori a quelli ottenuti negli acceleratori terrestri del CERN.
Questo salto di scala è centrale per comprendere il valore della scoperta. Le condizioni osservate da DAMPE non sono replicabili in laboratorio e offrono quindi una finestra unica sui processi astrofisici più estremi.
Il contributo italiano e il ruolo di UniSalento
All’interno della collaborazione internazionale, il contributo italiano ha un peso rilevante. L’INFN coordina la partecipazione nazionale, che coinvolge diverse istituzioni accademiche e scientifiche, tra cui il Gran Sasso Science Institute e l’Università del Salento (UniSalento).
Il gruppo del Dipartimento di Matematica e Fisica “Ennio De Giorgi” dell’Università del Salento è composto dai professori Paolo Bernardini e Francesco de Palma e dalle dottoresse Elisabetta Casilli ed Essna Ghose. Con loro operano i ricercatori della Sezione leccese dell’INFN Antonio Surdo e Francesca Alemanno.
Il contributo del gruppo leccese si estende lungo tutto l’arco della missione. Da oltre dieci anni i ricercatori partecipano all’analisi dei dati reali e alla produzione di dati simulati, strumenti indispensabili per interpretare correttamente i segnali osservati dal rivelatore. Senza questa attività di confronto tra dati e modelli, le nuove evidenze sui raggi cosmici non sarebbero state identificabili con lo stesso livello di affidabilità.
Come si misura l’energia dei raggi cosmici
Il risultato scientifico è legato anche alla qualità degli strumenti utilizzati. Il rivelatore di DAMPE è progettato per misurazioni ad alta precisione ed è composto da tre sottosistemi principali.
Il calorimetro a cristalli di germanato di bismuto consente di determinare l’energia delle particelle con grande accuratezza. Il sistema di scintillatori plastici misura la carica elettrica assoluta dei nuclei. Il tracciatore in silicio e tungsteno ricostruisce la direzione di arrivo dei raggi cosmici.
Questa combinazione permette di correlare energia, carica e traiettoria, rendendo possibile l’identificazione della soglia comune di rigidità magnetica. È proprio la precisione simultanea di queste misure a distinguere DAMPE rispetto ad altri esperimenti.
Nonostante una durata prevista inizialmente di cinque anni, il rivelatore è ancora operativo dopo oltre un decennio, offrendo una continuità di osservazioni che aumenta la robustezza dei risultati.
Implicazioni per la fisica astroparticellare
La scoperta rappresenta un passo avanti importante, ma non definitivo, nella comprensione dei raggi cosmici. I meccanismi di produzione e propagazione restano in parte sconosciuti e costituiscono uno dei principali problemi aperti della fisica.
Il fatto che nuclei diversi condividano la stessa soglia di rigidità magnetica suggerisce che esistano processi comuni, probabilmente legati ai campi magnetici galattici o alle modalità di accelerazione nei siti astrofisici. Tuttavia, il risultato non identifica ancora in modo univoco le sorgenti delle particelle né i dettagli dei meccanismi fisici coinvolti.
Per questo motivo la comunità scientifica adotta un approccio integrato. Oltre allo studio delle particelle cariche, vengono osservati fotoni e neutrini di altissima energia. I rivelatori operano nello spazio, su grandi altopiani, sotto il ghiaccio del Polo Sud e nelle profondità del Mar Mediterraneo, costruendo un quadro multi-messaggero sempre più completo.
In questo contesto, i risultati di DAMPE si affiancano ad altre osservazioni recenti, come l’eccesso di emissione dal Centro Galattico e le bolle di Fermi, rafforzando il ruolo della missione nel panorama internazionale.
Il valore scientifico e territoriale della ricerca
La partecipazione dell’Università del Salento a una missione di questo livello evidenzia la capacità di UniSalento di contribuire alla ricerca internazionale in fisica astroparticellare. Il coinvolgimento diretto nell’analisi dei dati e nella simulazione rappresenta un elemento qualificante, che va oltre la semplice adesione formale alla collaborazione.
Per il territorio, questo significa sviluppo di competenze avanzate, formazione di ricercatori e inserimento in reti scientifiche globali. Il ruolo della Sezione leccese dell’INFN rafforza ulteriormente questo sistema, creando un collegamento tra ricerca di base e infrastrutture scientifiche di alto livello.
La ricerca sui raggi cosmici, pur essendo di natura fondamentale, richiede tecnologie sofisticate e capacità di analisi avanzate, con potenziali ricadute anche in altri ambiti scientifici e tecnologici.
Prospettive e sviluppo
La missione DAMPE continua a operare in condizioni ottimali, aprendo nuove prospettive per lo studio dell’universo ad altissima energia. L’accumulo di nuovi dati permetterà di verificare la stabilità delle osservazioni e di affinare i modelli teorici.
Le nuove scoperte sui raggi cosmici rappresentano un punto di partenza per ulteriori indagini. Offrono un riferimento sperimentale solido e contribuiscono a ridurre l’incertezza su uno dei fenomeni più complessi della fisica contemporanea.
Per l’Università del Salento e per UniSalento, il coinvolgimento in DAMPE consolida una presenza significativa nella ricerca internazionale, in collaborazione con l’INFN, l’Accademia cinese delle scienze e il Gran Sasso Science Institute. Un percorso che rafforza il legame tra territorio e scienza globale.