cardano

Storicamente, l'esistenza di materia non luminosa nel nostro Universo è stata provata sperimentalmente già nella prima metà del '900. Tuttavia solo nell'ultimo decennio, l'accresciuta precisione delle misure astrofisiche di rilevanza cosmologica ha realmente evidenziato come circa l'85 % della materia presente nel nostro Universo non sia riconducibile a barioni, o comunque a particelle note. Allo stato attuale, la comprensione della natura della materia oscura rappresenta quindi una delle principali sfide sia per la costruzione di un modello cosmologico che descriva consistentemente l'evoluzione dinamica del nostro Universo che un importante punto di collegamento tra tematiche cosmologiche e di fisica delle particelle elementari.
Da un punto di vista cosmologico, infatti, i più promettenti candidati per descrivere la materia oscura sono costituiti da una classe di nuove particelle massive e debolmente interagenti, dette WIMP's. Particelle con queste caratteristiche emergono naturalmente nelle teorie supersimmetriche, che estendono, superandone le principali limitazioni teoriche, il Modello Standard delle particelle elementari. In particolare, in una classe di modelli supersimmetrici con conservazione di R-parità, la particella più leggera della teoria, il neutralino, è stabile e neutra.
Il mio lavoro si colloca nell'ambito della ricerca indiretta di materia oscura nello spazio. Questa è basata sulla rivelazione di componenti rare nel flusso dei raggi cosmici, per le quali la rivelazione di abbondanze anomale potrebbe essere imputabile all'annichilazione di neutralini. Ciò richiede in particolare una misura molto accurata della carica elettrica di tali particelle, in segno e valore assoluto, e della loro quantità di moto in un ampio intervallo di energie. Lo spettrometro magnetico AMS è stato concepito per effettuare tali misure a bordo della stazione spaziale internazionale, utilizzando per la prima volta nello spazio un sistema di tracciamento interamente basato su rivelatori a microstriscie di silicio.
Allo stato attuale, da lavori precedenti e da quanto presente in letteratura, emerge come in genere i contributi attesi risultino troppo deboli per giustificare le abbondanze anomale finora misurate nei raggi cosmici, e spesso addirittura per essere rivelabili. Ciononostante una strategia di ricerca vincente potrebbe venire dall'anlisi multicanale dei segnali attesi come contributi d'annichilazione ai flussi cosmici di positroni, antiprotoni e raggi gamma, dato che inoltre con AMS si disporrà per la prima volta di uno strumento in grado di misurare al contempo i flussi delle tre specie in questione, fuori dall'atmosfera, e con un'accettanza e un periodo di esposizione non ottenibili in precedenza.

Il mio progetto di ricerca coinsiste da una parte nella modellizzazione dei contributi d'annichilazione ai flussi di positroni, antiprotoni, e raggi gamma, e dall'altra nello sviluppo delle strategie d'analisi ottimali per selezionare tali particelle dai dati che l'esperimento prenderà. Le problematiche riguardanti la prima parte del lavoro sono quelle relative alla fisica delle particelle (entro e oltre il Modello Standard) per quanto riguarda la produzione dei contributi sopracitati, e quelle astrofisiche per quanto riguarda la propagazione dei segnali fino alla Terra e il confronto con i corrispondenti "fondi" astrofisici standard. Lo sviluppo delle strategie d'analisi ottimali per la selezione richiede invece uno sforzo a massimizzare al contempo le accettanze di rivelazione delle specie in esame e i poteri di reiezione verso le altre specie che possono rilasciare segnali simili nel rivelatore.