17 Novembre 2008
La materia oscura, uno dei grandi mistreri su cui indaga la fisica.
Incontro con lo scienziato Prof. Roberto Battiston
di Enza Colagrosso
“Se immaginiamo una sala da ballo al buio dove si muovono coppie danzanti con le dame vestite di bianco e i cavalieri vestiti di nero, noi vedremo tante dame muoversi senza capire da dove prendono il movimento. Bene, nell’Universo assistiamo più o meno allo stesso spettacolo e quello che percepiamo ma non vediamo possiamo dire che sia quella che per ora definiamo la materia oscura”. Un esempio semplice per cercare di spiegare uno dei grandi misteri che oggi si pone la Fisica. E a farcelo è Roberto Battiston, Direttore della sezione I.N.F.N di Perugia che fa parte della equipe di studiosi che lavoro all’AMS Alfa Mangetic Spectrometer. Lo abbiamo incontrato per conoscere più da vicino la sua attività.
In cosa consiste la sua attività scientifica del momento attuale?
Io ed il mio gruppo siamo impegnati in un progetto di ricerca della materia oscura mediante i raggi cosmici.
Ci può spiegare di cosa si tratta?
I raggi cosmici sono delle particelle cariche che bombardano la Terra, quando arrivano sull’atmosfera vengono intercettate e la maggior parte di queste vengono frenate. Questo è il motivo per cui l’uomo vive bene sulla Terra e non è irradiato continuamente dalle radiazioni cosmiche, se ci trovassimo nello spazio saremmo costantemente minacciati. Le particelle mediate dai raggi cosmici sono letteralmente dei pezzi di stelle e galassie lontane e ci rivelano la natura della materia in zone lontanissime dell’universo.
Ci può illustrare nel dettaglio il contenuto informativo che può dischiuderci questo tipo di ricerca?
L’informazione più interessante che ci può pervenire riguarda l’antimateria.
Ossia?
All’inizio del big bang il mondo era fatto in modo simmetrico, di particelle e antiparticelle, di materia e antimateria. L’antimateria è una forma della materia che è stata teorizzata negli anni 30, rappresentata da strutture del tutto analoghe ai costituenti dalla materia ma dotate di cariche opposte. Si tratta di strutture scoperte e isolate in laboratorio, quindi non stiamo parlando di fantascienza. Nei laboratori si possono costruire microscopiche forme di antimateria a particelle di vario genere. Il problema è che non abbiamo capito bene che fine abbia fatto l’antimateria che si è prodotta al momento del big bang. Le do un esempio, se noi oggi fossimo in un mondo non dominato come è dalla materia, dal momento che materia ed antimateria tendono ad annichilarsi, noi non potremmo neanche esistere e si avrebbe una successione di annichilazioni nucleari, non potrebbe esistere una materia stabile. Nel nostro sistema solare, nel nostro “sistema” noi siamo sicuramente dominati al 99.9% da materia.
Allora che fine ha fatto l’antimateria che esisteva al momento iniziale?
La risposta è che non si sa, potrebbe essersi accumulata in certe parti dell’universo, potrebbe essere scomparsa per dei motivi a noi sconosciuti, per delle forze particolari che l’hanno annullata all’inizio facendo prevalere la materia, ci sono varie ipotesi: è quello che noi facciamo andando a cercare nei raggi cosmici che raggiungono la terra. Per darle un esempio se fra i tanti nuclei di carbonio che arrivano bombardando la terra o nuclei di elio che ci arrivano, noi ne trovassimo anche uno solo di antielio o di anticarbonio, quindi con la carica elettrica non positiva ma negativa e con la stessa massa avremmo fatto una scoperta enorme e dovremmo poi spiegare dove è finita tutta l’antimateria che quella singola particella rappresenta. Da qualche parte nell’universo ci dovrebbero essere quantità enormi, addirittura antistelle, antigalassie e così via. Un discorso analogo riguarda la materia oscura.
Che differenza corre fra antimateria e materia oscura?
Si tratta di due concetti diversi, nel senso che gli scienziati hanno scoperto che il nostro universo è formato, ipotizzando pari a 100 la sua energia e la sua massa complessiva, al 95% da una materia diversa da quella che conosciamo, cioè gli atomi così come li conosciamo, fatti di protoni, elettroni e neutroni, sono un tipo di materia “tradizionale”, ebbene l’evidenza sperimentale ci dice che questa è una minima parte della materia complessiva che forma l’universo. Il grande mistero attuale ci si pone circa la natura e la costituzione di questa materia oscura in quanto non si vede, è nascosta perché non emette luce, non dà effetti visivi e questo studio dei raggi cosmici serve a cercare tracce della materia oscura, quindi abbiamo due tipi di materia di cui abbiamo perso il conto che noi andremo a cercare con questi esperimenti che effettueremo nello spazio.
Come si strutturano gli esperimenti che conducete nello spazio?
Già nel 1988 abbiamo fatto per quindici giorni sullo shuttle una missione che ha preso parecchi dati in questo campo ma di dimensioni un po’ più piccole, pesava solamente tre tonnellate. Attualmente stiamo lavorando per preparare un esperimento che sarà condotto nello spazio nel 2010 grazie all’impiego di uno shuttle la cui costruzione è stata recentemente approvata dal presidente Bush appositamente per questo scopo. Ricordo che dopo il disastro del Columbia nel 2003 la NASA aveva bloccato tutte le sperimentazioni, tuttavia l’importanza del progetto era tale che è stato ugualmente approvato da pochissime settimane. Nel 2010 l’apparecchiatura verrà messa in orbita, attualmente è in fase di completamento al CERN di Ginevra, che è il nostro laboratorio di riferimento, ed avrà una durata dai tre ai sei anni. Ricordo che una volta lanciata, la strumentazione non farà ritorno sulla Terra, nel senso che opererà sulla stazione spaziale per tutto il resto del tempo a venire.
Quante persone coinvolge il progetto?
Diciamo almeno 500 a livello internazionale, in Italia siamo circa 60 tra Perugia, Pisa, Bologna, Roma e Milano. Ricordo che siamo alle fasi finali di un progetto che è nato nel 1994 e che è dunque in attuazione da 14 anni e ha già volato una volta per un test che ha avuto successo pieno, dopo tre soli anni di lavorazione, il che ha costituito un successo innegabile. Il nome dell’esperimento è AMS che sta per Alfa Mangetic Spectrometer, spettrometro magnetico Alfa, dal momento che Alfa era il nome della prima stazione spaziale in cui è stato concepito.
Chi ha voluto questo progetto?
Questo progetto deriva da una collaborazione fra il M.I.T., l’Italia, la Francia, la Svizzera, io mi trovavo fra i promotori nella fase iniziale mentre il referente internazionale era il premio Nobel Samuel Ting. Vorrei sottolineare l’importanza del ruolo dell’Italia in tutto questo.
“Se immaginiamo una sala da ballo al buio dove si muovono coppie danzanti con le dame vestite di bianco e i cavalieri vestiti di nero, noi vedremo tante dame muoversi senza capire da dove prendono il movimento. Bene, nell’Universo assistiamo più o meno allo stesso spettacolo e quello che percepiamo ma non vediamo possiamo dire che sia quella che per ora definiamo la materia oscura”. Un esempio semplice per cercare di spiegare uno dei grandi misteri che oggi si pone la Fisica. E a farcelo è Roberto Battiston, Direttore della sezione I.N.F.N di Perugia che fa parte della equipe di studiosi che lavoro all’AMS Alfa Mangetic Spectrometer. Lo abbiamo incontrato per conoscere più da vicino la sua attività.
In cosa consiste la sua attività scientifica del momento attuale?
Io ed il mio gruppo siamo impegnati in un progetto di ricerca della materia oscura mediante i raggi cosmici.
Ci può spiegare di cosa si tratta?
I raggi cosmici sono delle particelle cariche che bombardano la Terra, quando arrivano sull’atmosfera vengono intercettate e la maggior parte di queste vengono frenate. Questo è il motivo per cui l’uomo vive bene sulla Terra e non è irradiato continuamente dalle radiazioni cosmiche, se ci trovassimo nello spazio saremmo costantemente minacciati. Le particelle mediate dai raggi cosmici sono letteralmente dei pezzi di stelle e galassie lontane e ci rivelano la natura della materia in zone lontanissime dell’universo.
Ci può illustrare nel dettaglio il contenuto informativo che può dischiuderci questo tipo di ricerca?
L’informazione più interessante che ci può pervenire riguarda l’antimateria.
Ossia?
All’inizio del big bang il mondo era fatto in modo simmetrico, di particelle e antiparticelle, di materia e antimateria. L’antimateria è una forma della materia che è stata teorizzata negli anni 30, rappresentata da strutture del tutto analoghe ai costituenti dalla materia ma dotate di cariche opposte. Si tratta di strutture scoperte e isolate in laboratorio, quindi non stiamo parlando di fantascienza. Nei laboratori si possono costruire microscopiche forme di antimateria a particelle di vario genere. Il problema è che non abbiamo capito bene che fine abbia fatto l’antimateria che si è prodotta al momento del big bang. Le do un esempio, se noi oggi fossimo in un mondo non dominato come è dalla materia, dal momento che materia ed antimateria tendono ad annichilarsi, noi non potremmo neanche esistere e si avrebbe una successione di annichilazioni nucleari, non potrebbe esistere una materia stabile. Nel nostro sistema solare, nel nostro “sistema” noi siamo sicuramente dominati al 99.9% da materia.
Allora che fine ha fatto l’antimateria che esisteva al momento iniziale?
La risposta è che non si sa, potrebbe essersi accumulata in certe parti dell’universo, potrebbe essere scomparsa per dei motivi a noi sconosciuti, per delle forze particolari che l’hanno annullata all’inizio facendo prevalere la materia, ci sono varie ipotesi: è quello che noi facciamo andando a cercare nei raggi cosmici che raggiungono la terra. Per darle un esempio se fra i tanti nuclei di carbonio che arrivano bombardando la terra o nuclei di elio che ci arrivano, noi ne trovassimo anche uno solo di antielio o di anticarbonio, quindi con la carica elettrica non positiva ma negativa e con la stessa massa avremmo fatto una scoperta enorme e dovremmo poi spiegare dove è finita tutta l’antimateria che quella singola particella rappresenta. Da qualche parte nell’universo ci dovrebbero essere quantità enormi, addirittura antistelle, antigalassie e così via. Un discorso analogo riguarda la materia oscura.
Che differenza corre fra antimateria e materia oscura?
Si tratta di due concetti diversi, nel senso che gli scienziati hanno scoperto che il nostro universo è formato, ipotizzando pari a 100 la sua energia e la sua massa complessiva, al 95% da una materia diversa da quella che conosciamo, cioè gli atomi così come li conosciamo, fatti di protoni, elettroni e neutroni, sono un tipo di materia “tradizionale”, ebbene l’evidenza sperimentale ci dice che questa è una minima parte della materia complessiva che forma l’universo. Il grande mistero attuale ci si pone circa la natura e la costituzione di questa materia oscura in quanto non si vede, è nascosta perché non emette luce, non dà effetti visivi e questo studio dei raggi cosmici serve a cercare tracce della materia oscura, quindi abbiamo due tipi di materia di cui abbiamo perso il conto che noi andremo a cercare con questi esperimenti che effettueremo nello spazio.
Come si strutturano gli esperimenti che conducete nello spazio?
Già nel 1988 abbiamo fatto per quindici giorni sullo shuttle una missione che ha preso parecchi dati in questo campo ma di dimensioni un po’ più piccole, pesava solamente tre tonnellate. Attualmente stiamo lavorando per preparare un esperimento che sarà condotto nello spazio nel 2010 grazie all’impiego di uno shuttle la cui costruzione è stata recentemente approvata dal presidente Bush appositamente per questo scopo. Ricordo che dopo il disastro del Columbia nel 2003 la NASA aveva bloccato tutte le sperimentazioni, tuttavia l’importanza del progetto era tale che è stato ugualmente approvato da pochissime settimane. Nel 2010 l’apparecchiatura verrà messa in orbita, attualmente è in fase di completamento al CERN di Ginevra, che è il nostro laboratorio di riferimento, ed avrà una durata dai tre ai sei anni. Ricordo che una volta lanciata, la strumentazione non farà ritorno sulla Terra, nel senso che opererà sulla stazione spaziale per tutto il resto del tempo a venire.
Quante persone coinvolge il progetto?
Diciamo almeno 500 a livello internazionale, in Italia siamo circa 60 tra Perugia, Pisa, Bologna, Roma e Milano. Ricordo che siamo alle fasi finali di un progetto che è nato nel 1994 e che è dunque in attuazione da 14 anni e ha già volato una volta per un test che ha avuto successo pieno, dopo tre soli anni di lavorazione, il che ha costituito un successo innegabile. Il nome dell’esperimento è AMS che sta per Alfa Mangetic Spectrometer, spettrometro magnetico Alfa, dal momento che Alfa era il nome della prima stazione spaziale in cui è stato concepito.
Chi ha voluto questo progetto?
Questo progetto deriva da una collaborazione fra il M.I.T., l’Italia, la Francia, la Svizzera, io mi trovavo fra i promotori nella fase iniziale mentre il referente internazionale era il premio Nobel Samuel Ting. Vorrei sottolineare l’importanza del ruolo dell’Italia in tutto questo.