Le interviste di AstronautiCAST: Roberto Battiston, Coordinatore Nazionale dell’esperimento AMS-02

Trascrizione integrale dell’intervista audio a Roberto Battiston tratta dall’episodio 3×18 del podcast AstronautiCAST, pubblicato il 4 maggio 2010.

Marco Zambianchi [MZ] intervista Roberto Battiston [RB], Ordinario di Fisica Generale al Dipartimento di Fisica dell’Università di Perugia, Direttore della Sezione INFN di Perugia, Coordinatore Nazionale dell’esperimento AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer 2) e Deputy spokesperson di AMS-02. Roberto Battiston è anche nome noto ai lettori di riviste a carattere scientifico con le quali collabora da lungo tempo.

Cos’è AMS-02?

MZ: Siamo al telefono con il professor Roberto Battiston, che ha accettato di concederci un’intervista. Grazie, professor Battiston.

RB: Buongiorno.

MZ: Buongiorno a Lei. Allora, abbiamo pensato di fare due chiacchiere per avere un’immagine d’insieme di questo progetto AMS-02, che pare essere molto importante per il nostro paese e per la realtà spaziale italiana. Potrebbe aiutarci a farci un’immagine di che cos’è AMS-02 dal punto di vista degli obiettivi perseguiti e dei team italiani coinvolti nella sua costruzione e nella futura analisi dei dati raccolti?

RB: Certamente, con piacere. Intanto, perché AMS-02? Evidentemente c’è un AMS-01. AMS-01 è il volo precursore di AMS-02; AMS è uno spettrometro per la misura delle particelle cariche nello spazio, quindi misura i raggi cosmici, cerca l’antimateria – poi torneremo su questo argomento – ma c’è un AMS-01 che ha voltato nel 1998 sullo STS-91, Discovery per dieci giorni in una configurazione ridotta per testare i principali elementi e proprietà dell’esperimento stesso in vista, appunto, di AMS-02, che verrà installato sulla Stazione Spaziale Internazionale alla fine di quest’anno, ecco perché il 2.
L’Italia partecipa a questo progetto dalla metà degli anni ’90 in quanto proprio l’Italia ha una tradizione nel settore della fisica delle particelle assolutamente straordinaria, che viene da Fermi, da Amaldi, poi Rubbia e il CERN, quindi abbiamo tutte le competenze del settore e addirittura un istituto, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) per cui io collaboro e che è uno dei due partner fondamentali di questo esperimento assieme all’Agenzia Spaziale Italiana (ASI), quindi tutto il background di conoscenze di come si fanno a rivelare le particelle elementari di alta energia è proprio nella tradizione e nella ricerca in Italia da almeno mezzo secolo. Negli ultimi anni la fisica delle particelle elementari si è messa a guardare con sempre maggiore attenzione alla radiazione che viene dalle profondità del cosmo, appunto la radiazione cosmica. Vi ricordo che la radiazione cosmica venne scoperta da Victor Hess un professore austriaco che nel 1912 con dei voli su un pallone aerostatico a varie altezze di pochi chilometri dalla superficie terrestre con uno strumento apparentemente semplice, un elettroscopio, verificò che più saliva più c’era una radiazione ionizzante che tendeva a far scaricare l’elettroscopio caricato in modo opportuno: fu la scoperta dei raggi cosmici. La cosa interessante è che da allora, per quasi quarant’anni, furono scoperte le principali particelle elementari tipicamente con vita beve, infatti, il mesotrone, il protone e l’elettrone furono scoperti nei laboratori, ma tutte le altre, il positrone, il muone più, il muone meno, il k e tutte le altre particelle che poi sono state verificate e misurate negli acceleratori con molta precisione, furono scoperte nei raggi cosmici dando luogo alla nascita di quella che si chiama la fisica delle particelle, la fisica delle alte energie o se vogliamo la fisica delle interazioni fondamentali, quella che studia i mattoni elementari che formano l’intero universo e le forze che li fanno interagire.
Per quasi 40 anni queste scoperte con i raggi cosmici si succedettero, furono scoperte una ventina di particelle diverse e ad un certo punto gli acceleratori e le grandi macchine come quelle che abbiamo al CERN presero il sopravvento e produssero dei fasci di particelle di energia sufficientemente alta e sufficientemente controllata per studiare in dettaglio questi processi elementari facendo nascere quello che divenne poi il modello a quark, il modello standard e tutto quello che ora sappiamo, le scoperte di Rubbia e quant’altro. Negli ultimi anni fare un acceleratore è diventato un’impresa titanica, quello che ora abbiamo al CERN, che è il più grande del mondo e sta iniziando a funzionare in questi mesi, è stato concepito nella metà degli anni ’80, ci sono voluti vent’anni abbondanti per costruirlo, verrà sfruttato per altri dieci o quindici e quindi per fare dei passi avanti in questo settore è molto difficile, molto costoso e molto lento. Quindi gli scienziati si sondo dedicati anche a cercare tutta una forma di sorgenti di informazioni per lo studio delle particelle elementari che siano diverse dai laboratori; il cosmo ha questa caratteristica straordinaria è un laboratorio per definizione, basta sapere dove guardare, quanto lontano guardare, con quali strumenti, quale parte della radiazione selezionare e uno può scoprire delle reazioni molto importanti, addirittura delle nuove particelle. Il cosmo è un acceleratore in grado di accelerare le particelle un milione di volte di più di quello che può fare il più grande acceleratore terrestre, quindi con un po’ di pazienza, guardando il cosmo, con opportuni strumenti, si possono imparare cose importanti.
Questo cappello introduttivo per spiegarvi cos’è AMS. AMS è uno strumento che ha come obiettivo studiare i raggi cosmici fuori dall’atmosfera, quindi primari, prima che vengano disturbati dall’interazione con l’atmosfera, per capire se esistono forme nuove ed esotiche di materia, per esempio la più affascinante forse è l’antimateria. All’inizio dell’universo ci fu una grande esplosione, il Big Bang – così la pensiamo almeno – che talmente intensa e talmente calda con temperature di miliardi di miliardi di miliardi di gradi che tutto ciò che noi pensiamo esistere nel campo delle particelle, quindi particelle, antiparticelle, quark, antiquark, esistevano mescolati insieme. Poi c’è stata una grandissima annichilazione durata un tempuscolo piccolissimo che ha letteralmente cancellato quasi tutta la materia e quasi tutta l’antimateria; è su questo punto che non siamo sicuri, nel senso che sicuramente è rimasta una parte per miliardo della materia iniziale e si è annichilata tutto il resto con l’antimateria e da questa parte per miliardo sono derivate le galassie, i pianeti, il Sole e noi stessi, ma che fine ha fatto la corrispondente parte per miliardo dell’antimateria, che sicuramente doveva essere presente perché dall’inizio è tutto molto simmetrico? Non lo sappiamo. Per cui l’obiettivo nostro è andare a cercare se esistono particelle di antielio, anticarbonio, nuclei e antinuclei atomici. Faccio un esempio: l’elio è un nucleo atomico formato da due protoni e due neutroni, stiamo cercando se esistono nei raggi cosmici nuclei atomici formati da due antiprotoni con carica negativa e da due neutroni, quindi un antielio; se ne trovassimo qualcuno avremmo un’indicazione forte che da qualche parte nel cosmo esistono grandi quantità di antimateria. Faccio presente che quando guardiamo una stella lontana o una galassia lontana emette luce, ma la luce emessa da un atomo o da un antiatomo è assolutamente identica, non è distinguibile, quindi non possiamo essere sicuri che gli oggetti più lontani da noi ai bordi dell’universo visibile magari non possano essere alcuni di essi fatti di antimateria, non c’è alcun modo per poterlo vedere se non raccogliendo qualche frammento che è giunto fino a noi di oggetti che hanno le caratteristiche di essere antinuclueo di elio o antinucleo di carbonio. Ma ci sono altre forme di materia strana, non capita, oggi come oggi noi sappiamo che nell’universo se uno fa il bilancio di materia ed energia e lo chiama 100% e sappiamo quanto deve essere, perché abbiamo misurato con Hubble Space Telescope (HST) la curvatura media dello spazio tempo. È molto piatto lo spazio tempo, ha un raggio di curvatura enorme, sostanzialmente la nostra metrica su larga scala è piatta e quindi vuol dire che c’è una certa quantità di materia ed energia, densità per unità di volume, ben definita; se faccio 100 questa quantità scopriamo una cosa incredibile: neanche il 5% è spiegabile con la materia di cui siamo fatti noi, protoni neutroni, elettroni, luce e neutrini; non riusciamo a fare neanche il 5%, ciò che vediamo e la luce emessa dai vari atomi corrisponde ad una materia che non raggiunge il 5%, il rimanente 95% è qualche cosa che con grande certezza sappiamo esistere ma con proprietà diverse dalla materia normale e pensiamo che di questa il 23% sia formata da materia oscura ovvero particelle che non emettono luce, che interagiscono molto debolmente con il resto della materia e che permeano tutto l’universo, in particolare essendo così numerose determinano le caratteristiche gravitazionali delle galassie. Pensiamo alla nostra galassia come una sorta di disco con delle spirali, bene, poniamoci intorno un volume enorme di materia oscura che la stia plasmando e formando e controllando nello sviluppo, ma non è visibile. E l’ultima parte invece, ulteriore 76% circa, è chiamata energia oscura ed è qualche cosa che è contenuta letteralmente nella struttura dello spazio-tempo, un termine che Einstein all’inizio ha ipotizzato nelle sue equazioni e che poi pensando di aver sbagliato aveva addirittura cancellato. Bene, il 95% del bilancio materia-energia del nostro universo è fatto di cose che non conosciamo. Ecco, AMS cerca l’esistenza di indicazioni su come è fatta la materia oscura e sarebbe molto interessante se avessimo dei risultati in merito. Un terzo tipo di materia, è quella meno esotica, nel senso che è fatta di cose che conosciamo: i quark. Voi sapete che il neutrone è un insieme di due tipi di quark chiamati up e down, sappiamo che esistono delle stelle di neutroni, che con un processo di implosione dopo un processo di esplosione tipo supernova sono fatte letteralmente solo di neutroni, quindi solo di quark up e down attaccati l’uno all’altro, un gigantesco nucleo fatto solo di neutroni. I calcoli mostrano che si potrebbero ipotizzare anche stelle fatte non solamente di quark up e down ma che chiamano in causa anche il terzo tipo di quark, ne conosciamo sei in tutto, il terzo si chiama strange, strano, il quark strano. Queste particelle formate da un up, un down e un quark strano o combinazione questi tre tipi di quark, avrebbero caratteristiche per molti versi simili alle stelle di neutroni e la materia che le comporrebbe sarebbe stabile. Se in un urto ne venisse estratta una piccola quantità avremmo un oggetto che ha una massa molto molto grande e una carica elettrica molto molto piccola, che potrebbe essere quindi un raggio cosmico rilevabile con il nostro rivelatore AMS e con caratteristiche assolutamente anomale. Faccio presente che se io guardo un nucleo di un atomo qualsiasi, che tipicamente ha metà neutroni e metà protoni, il rapporto fra la carica elettrica e la massa è tipicamente ½, pensiamo all’elio che ha massa 4 e carica 2, il carbonio che ha carica 6 massa 12 – tipicamente il rapporto è ½ perché i neutroni non hanno carica, ma formano una parte integrante dei nuclei – bene, questo oggetto chiamato strangelet o materia strana avrebbe carica 1, 2 o 3 e massa 1000 quindi avrebbe delle caratteristiche completamente diverse nel rapporto carica massa e sarebbe facilmente rilevabile da un rilevatore come il nostro, che misura appunto [queste] caratteristiche. Questo per citare tre tipi di materia – l’antimateria, la materia oscura e la materia strana – che rappresentano obiettivi di fisica fondamentale per uno strumento come quello che stiamo completando e che andrà in orbita a breve.
L’Italia ha un contributo molto importante, ripeto, ha partecipato al primo test di AMS-01 sullo Shuttle che ha operato per dieci giorni e ha ruoli molto importanti nella costruzione dei rilevatori di particelle che formano la struttura funzionante del rilevatore AMS-02. Ci sono vari tipi di rilevatori, l’obiettivo è quello di verificare le particelle che passano all’interno dello strumento in tempi di millisecondi e a un ritmo di 2000 particelle al secondo, e dire: quello è un protone, quello è un antiprotone, quello è un elettrone, quello è un positrone e per poi raccogliere questi dati a terra e analizzare gli spettri per cercare appunto gli effetti particolari e interessanti di cui vi avevo parlato.

MZ: Quindi si tratta in sostanza, e mi scusi il paragone, di un vaglio spaziale in grado di riconoscere e catalogare le particelle elementari che lo attraversano in qualche modo…

RB: Assolutamente sì, una macchina fotografica o oppure, insomma, prende le impronte digitali, ogni particella che passa viene fotografata e catalogata in tempi brevissimi. Chiaramente le particelle vanno alla velocità della luce e questo strumento deve essere pensato per reagire in tempi brevissimi, infatti, i nostri oggetti lavorano appunto con i nanosecondi o con i picosecondi e con caratteristiche di rivelazione adatte a particelle che passano un tempo infinitamente piccolo all’interno del nostro rivelatore. Ma ripeto, è quello che viene fatto regolarmente negli acceleratori, se pensiamo al grande acceleratore del CERN LHC e ai giganteschi strumenti di rivelazione, che adesso stanno funzionando per vedere i frammenti prodotti negli urti fra i fasci di altissima energia, il nostro è uno strumento analogo, chiaramente molto più piccolo, che deve stare nello spazio e per essere nello spazio è uno strumento enorme, pesa 8 tonnellate è come Hubble o come Fermi, i grandi satelliti in questo momento in orbita, ma dal punto di vista terrestre se confrontiamo questo spettrometro con gli strumenti chiamati CMS e ATLAS al CERN, beh, devo riconoscere che forse è cento volte più piccolo.

 

Perché AMS-02 sulla ISS?

MZ: A questo proposito che vantaggio avete avuto a scegliere una configurazione legata alla Stazione Spaziale, cioè perché AMS-2 è un modulo della stazione non un satellite indipendente in volo libero in orbita insomma?

RB: Innanzitutto ritorniamo indietro di una ventina di anni e pensiamo cosa è successo quando è stata inventata la Stazione Spaziale Internazionale, in quella fase ancora non mi occupavo di scienza spaziale, lavoravo al CERN e mi occupavo di fisica degli acceleratori. Quando nacque l’idea della Stazione Spaziale Internazionale ci fu letteralmente una battaglia fra coloro che sostenevano la necessità di creare uno strumento come la ISS per motivi anche di rapporto internazionale, ricordiamo che fu uno degli elementi del disgelo fra America e Russia l’idea di fare una stazione spaziale, per motivi ingegneristici, per prepararsi a lunghe durate nello spazio, per preparasi per andare sulla Luna o Marte e via dicendo, si giustificò anche per aspetti scientifici tipicamente legati alla microgravità, cioè al fatto di studiare i comportamento di materiali, di animali, di piante e dell’uomo in condizioni in cui la gravità è zero, quando uno cade liberamente in un orbita attorno alla terra il suo peso svanisce, d’accordo? Con tutta una serie di effetti. Ora il costo complessivo della Stazione Spaziale Internazionale sono cento miliardi di dollari e, chiaramente, ha assorbito delle risorse importantissime della NASA, degli americani, degli europei e degli italiani. Contro questo approccio si era schierata buona parte della comunità scientifica: chi fa misure con i telescopi ha bisogno di un ambiente molto diverso dalla ISS, non può tollerare le vibrazioni indotte dal movimento degli astronauti, i telescopi non possono accettare gli sbuffi di vapore o getti che possono essere prodotti nell’ambiente della ISS dai vari propulsori; [si tratta cioè di] un ambiente caldo e non particolarmente adatto per gli esperimenti diciamo di astrofisica tradizionale, quelli che guardano in un modo o nell’altro la luce e la radiazione elettromagnetica alle varie frequenze. Quindi la ISS fino all’avvento di AMS era una sorta di gigantesco laboratorio, ma sulla parte esterna aveva pochissima attività scientifica rilevante e quella al suo interno era legata agli studi di microgravità, che però probabilmente non giustificavano, o meglio, difficilmente giustificavano l’investimento così importante che veniva fatto. Ci fu quindi su questo tipo di decisione in passato una fortissima discussione e anche delle fortissime polemiche. Questo è uno dei motivi per cui Goldin, l’amministratore della NASA a metà degli anni ’90, quando facemmo la proposta di installare sulla Stazione Spaziale Internazionale un grande spettrometro per la misura e la ricerca dell’antimateria e la materia oscura, tipo, stile delle fisica delle alte energie, reagì con estremo entusiasmo perché si rese conto che era una proposta che sfruttava a pieno le grandi risorse di potenza elettrica, dati, di comunicazione e trasmissione, spazio e via dicendo che la Stazione Spaziale Internazionale naturalmente forniva. Era l’opportunità di usare la ISS per grandi esperimenti, che potevano dare contributi scientifici importanti e grande prestigio alla ISS. Perché la collaborazione AMS ha puntato nella direzione della Stazione Spaziale Internazionale? Naturalmente il fatto di avere una opportunità di lancio con lo Space Shuttle ha un suo peso; lanciare nello spazio ha un costo non solo per realizzare lo strumento, ma anche per lanciarlo. Il fatto che la ISS fosse servita regolarmente degli Shuttle – parlo della metà degli anni ’90, non si pensava ancora a questo ritiro degli Shuttle dal servizio – era quanto di meglio potesse essere proposto ad una collaborazione come la nostra. La NASA ci propose di fare un primo volo precursore di 10 giorni, fare un volo definitivo per essere portati sulla ISS per tre anni e poi essere riportanti indietro alla fine della missione di tre anni; ben tre voli Shuttle erano stati concordati fra la NASA e il Dipartimento di Energia americano, che rappresenta la [nostra] collaborazione internazionale presso la NASA. Seconda considerazione, il nostro strumento è un magnete, è basato su un magnete che nello spazio ha una caratteristica non secondaria: un campo magnetico prodotto da un magnete tende ad allinearsi con il campo magnetico terreste così come una bussola lo fa sulla Terra. Ora, la bussola è un piccolo ago che esercita una forza praticamente nulla, ma quando si costruisce un magnete da due tonnellate fatto di ferrite o addirittura con un campo magnetico molto intenso o addirittura un magnete superconduttore, devo stare estremamente attento a non fare effetto bussola perché altrimenti il satellite su cui sono montato o addirittura la Stazione Spaziale Internazionale potrebbe iniziare a girare come un ubriaco a seconda di dove sono nell’orbita e si allineerebbe appunto come una bussola. Allora noi abbiamo disegnato dei magneti che hanno una caratteristica straordinaria, sono fatti come dei grandi cilindri e la struttura del campo magnetico delle ferriti o delle bobine super-conduttrici poste al contorno del cilindro chiudono il campo magnetico presente nel cilindro in modo tale da creare all’esterno un effetto di dipolo magnetico nullo; come se avessi fatto un ago che però non si allinea, un ago magnetizzato ma in un modo tale che non si allinea con il campo magnetico terrestre. Questo siamo risusciti a farlo con una precisione e accuratezza tale che sulla Stazione Spaziale Internazionale l’effetto torcente dovuto al piccolo residuo di dipolo magnetico del nostro magnete è trascurabile date tutte le forze e i bracci meccanici in gioco sulla grande struttura della ISS. Se fossimo su un satellite autonomo i nostri calcoli mostrano che dovremmo investire una grossa parte del peso del satellite per poter controbilanciare istante per istante il debole effetto di interazione fra il campo magnetico terrestre e il dipolo residuo del magnete di AMS e questa cosa è certamente un limite. Quindi questo un primo punto. Un secondo punto, noi abbiamo un consumo di energia elettrica di quasi 3 KW che per un satellite vuol dire avere una superficie di celle fotoelettriche molto ampia, mentre per la Stazione Spaziale Internazionale stiamo parlando del costo del forse l’1%, 2% del consumo complessivo; e terzo, un downlink, un invio a terra di dati, ad un ritmo di quasi 3 Mbps istantanei medi, che, di nuovo, per un satellite sono un valore molto molto elevato. In altri termini questo strumento, per complessità, potenza, peso, necessità di scambiare dati e caratteristiche magnetiche è perfettamente disegnato per un laboratorio come la Stazione Spaziale Internazionale e avrebbe molte più difficoltà ad essere operato come satellite indipendente.

AMS-02 installato sulla ISS.

 

Perché AMS e non un acceleratore sulla Terra?

MZ: Dal punto di vista quindi dello studio della struttura della materia, quale vantaggi offre sostanzialmente AMS rispetto all’utilizzo di un acceleratore di particelle in cui potete creare particelle elementari artificialmente?

RB: Allora, il problema è una sfida, una competizione, non abbiamo certezze, ma diciamo che la ricerca è fondamentale e come tale siamo sempre esposti alla sorpresa di quello che la natura ci vuole o non ci vuole svelare. Rimane un fatto: gli acceleratori di particelle sono fasci ad energia controllata, con caratteristiche controllate, ma la cui energia è inventariabile limitata, per esempio al CERN di Ginevra, LHC, questa grandissima macchina che sta operando in questi mesi con successo, raggiungerà entro un anno o due un’energia complessiva nel centro di massa di 14 TeV. La scala TeraElettronvolt vi dice poco, ma pensate che la massa di un protone è di un circa 1 GeV, i fasci di LHC, ciascun fascio, oggi ha un’energia per particella circa 3500 volte l’energia corrispondente alla massa della particella stessa e un domani circa 7/8000 volte l’energia corrispondente alla massa di una particella. Sapete che in relatività Einsteiniana massa ed energia sono equivalenti con un fattore moltiplicativo c2 e quindi quando parlo di energia o di massa posso fare questo raffronto, d’accordo? Stiamo parlando di particelle che hanno molta, ma molta ma molta più energia che massa. Se pensiamo invece ai nostri nuclei e nostri atomi che sono fermi [questi] hanno molta, ma molta, ma molta più massa che energia, quindi si sta passando da una materia come quella che ci circonda a temperature ed energie normali, ambientali, dove predomina di gran lunga la massa, a quello che invece accade negli acceleratori dove invece predomina di gran lunga l’energia che gli ho dato. Questi numeri incredibili di energia sono però piccoli se confrontanti con le massime energie che l’universo può raggiungere o nei processi di accelerazione dei raggi cosmici, in cui sono raggiunte energie un milione di volte più grandi di quelle osservate sulla Terra con opportuni strumenti; per non pensare poi al Big Bang, in cui, per definizione, ogni energia possibile e immaginabile ha avuto luogo durante il momento iniziale. Quindi gli acceleratori non potranno mai raggiungere le energie del Big Bang, possono al massimo avvicinarsi un pochino. Allora se durante i fenomeni iniziali che hanno creato l’universo – diciamo creato nel senso proprio che prima era qualche cosa di non ben definito, molto piccolo, molto denso, molto caldo e poi è esploso e dopo qualche miliardo di anni eccoci qua a parlarne al telefono – bene, in quei processi iniziali è stato prodotto di tutto, tutto ciò che la fisica può contemplare, bene, è pensabile che alcune particelle che sono state prodotte all’inizio dei tempi abbiano delle masse talmente alte che gli acceleratori non le possano produrre. Non c’è nessuna garanzia che gli acceleratori che facciamo adesso al CERN con tutto questo sforzo immenso di risorse, di persone e di fondi raggiungano tutta la fisica, tutte le particelle che possono esistere, forse sì, sarebbero delle grandissime scoperte, interessantissime, ma se la scala di energia, di massa di queste particelle nuove che pensiamo possano esistere è più alta di quella che può raggiungere un acceleratore come LHC, l’unica possibilità è guardare attentamente a ciò che ci manda il cosmo per vedere tracce e segnali della presenza di eventuali particelle di energia e di massa molto, molto, molto elevata. E anzi dirò di più, l’anno scorso, anzi nel 2008 è stato, fra 2008 e 2009, un satellite spaziale italiano chiamato Pamela, che è un piccolo spettrometro circa 200 volte più piccolo di AMS, ma che ha volato nel 2006 e sta ancora volando, ha pubblicato un’evidenza di un eccesso di positroni di alta energia che potrebbe essere un’indicazione dell’esistenza di particelle di materia oscura di massa così alta che non sarebbero rivelabili da LHC, quindi per dirvi che l’argomento è molto caldo. Tutti aspettiamo i dati di AMS, che sono molto più sensibili di quelli di questo satellite chiamato Pamela, [anche] perché potrebbero portare ad una svolta, non è escluso che si vedano segnali dallo spazio di fenomeni che a terra con le tecniche attuali non è possibile rivelare. Ma è anche vero il contrario, è possibile che al CERN la fortuna aiuti i nostri colleghi che lavorano agli acceleratori e che fra qualche anno vengano portate evidenze di produzione di particelle come quelle che cerchiamo nello spazio. Ripeto è una competizione di enorme interesse, nei prossimi anni su che cosa è la materia oscura e su chi potrà dare una indicazione precisa sulla sua esistenza, se ne sentirà molto parlare.

 

Il magnete permanente e l’ultimo volo Shuttle (forse)…

MZ: Bene siamo giunti all’ultima domanda e forse, per noi che seguiamo anche le vicende astronautiche, è quella che ha sollecitato più discussioni: abbiamo sentito di voci, problemi o comunque difficoltà legate all’hardware originale di AMS-2, sono voci reali? E qual è la probabilità che STS-134 venga lanciata il 29 di luglio com’era previsto?

RB: Dunque, credo che queste voci siano collegate al fatto che noi da quasi due mesi siamo sotto test ad ESTEC, in Olanda, per misurare le caratteristiche dell’esperimento sia dal punto di vista elettromagnetico che dal punto di vista termovuoto, infatti, per poter lanciare un esperimento di tale complessità, ricordo i numeri: 8 tonnellate di peso 300mila canali di lettura 2.5 KW di potenza e via dicendo, quindi abbiamo veramente caratteristiche tali che è necessario e richiesto dalla NASA verificare che dal punto di vista elettromagnetico noi non generiamo disturbi che possono creare problemi all’intera Stazione Spaziale Internazionale e viceversa che noi non siamo influenzati dalla radiazione emessa dalle loro antenne, perché la ISS emette molta radiazione elettromagnetica radio. In secondo luogo nel simulatore di termovuoto dobbiamo vedere come in condizioni spaziali, quindi vuoto assoluto e temperature basse, il nostro sistema opera nel suo insieme. Noi abbiamo sviluppato negli anni due tipi di magneti: un magnete permanente, che è quello che ha volato con successo su AMS-1 nel ’98, è tornato a terra e lo abbiamo poi messo in camera pulita per tenerlo come possibile soluzione, e poi ci siamo messi a sviluppare un magnete superconduttore pensando ad un esperimento che operasse sulla Stazione Spaziale Internazionale per un massimo di tre anni. Come vi ho detto prima nel 2000 l’accordo con la NASA era di andare su, stare su tre anni e poi tornare giù; noi abbiamo per questo motivo sviluppato un magnete superconduttore che era disegnato per avere una durata, chiamata in inglese endurance, massima di tre anni. Siccome questo magnete funziona sul fatto che un quantità limitata di elio a temperatura molto bassa, 1.8 K, lentamente evaporando mantiene freddo il volume delle bobine superconduttrici in cui passa la corrente che genera il campo magnetico del superconduttore, appunto. [era necessario] verificare quanto tempo sarebbe durato questo magnete raffreddato in questo modo molto particolare; ciò richiede inevitabilmente una prova prolungata nella grande camera termovuoto. Ripeto, AMS è grande come una stanza di un appartamento e deve essere messo in una camera termovuoto, chiaramente molto grande, che possa simulare attorno ad esso il vuoto e le temperature criogeniche. Ce n’è solamente una in Europa ed è ad ESTEC, in Olanda. Siamo andati a fare questa misura – che è durata quasi 1 mese – abbiamo ottenuto i risultati e abbiamo ottenuto una durata del magnete stimata sulla Stazione Spaziale Internazionale di venti mesi più o meno quattro mesi. Questo numero è stato confrontato con la NASA perché naturalmente è un numero che è compatibile con una durata di una missione di due o tre anni, ma siccome adesso AMS una volta installato non torna più giù, perché non ci sono più Shuttle fra tre anni lo possano portare giù, diventa parte integrante della Stazione Spaziale Internazionale e, avendo i capi delle agenzie spaziali deciso a Tokyo, non più tardi di un mese fa, di estendere la vita della ISS fino al 2020 e forse addirittura fino al 2028, ci siamo posti il problema se era ragionevole avere un esperimento che una volta installato potesse operare per quindici o venti mesi e poi perdesse le sue proprietà magnetiche piuttosto che utilizzare il magnete permanete che aveva funzionato molto bene e garantisce una vita di funzionamento dell’esperimento per tutta la vita della ISS. Naturalmente con il magnete superconduttore abbiamo un campo magnetico più forte, con quello permanente un campo magnetico più debole, ma abbiamo fatto uno studio che con una piccola modifica dell’apparato tracciante ci permette di recuperare sostanzialmente le stesse caratteristiche del magnete superconduttore utilizzando il permanente. In questa riunione, che abbiamo terminato venerdì scorso ad ESTEC con i capi della NASA, abbiamo convenuto che era molto più ragionevole montare l’apparato sulla struttura del magnete permanente che è già a disposizione, cosicché in questo modo possiamo operare per dieci o più anni sulla Stazione Spaziale Internazionale con un ritorno di fisica molto più interessante dato che cerchiamo eventi molto rari. Per trovare eventi molto rari, infatti, occorre avere un grande rivelatore che opera per un lungo tempo. Avere un grande rivelatore che opera per poco tempo o avere un piccolo rivelatore che opera per lungo tempo non va bene. Con la configurazione che abbiamo adesso deciso di implementare potremo operare per circa dieci anni con una potenzialità di fisica molto importante. Motivo per cui adesso stiamo tornando da ESTEC al CERN dove verrà fatta questa modifica che si può realizzare in 3 mesi e a settembre torniamo al Kennedy Space Center, direttamente in America, per poter poi essere processati sullo Shuttle e lanciare con ogni probabilità nel novembre di quest’anno.

MZ: Ho capito quindi l’equipaggio di STS-134 riprenderà la corretta sequenza numerica dei lanci diventando difatti l’ultimo volo dello shuttle e c’è anche una dimensione se vogliamo poetica, da canto del cigno, vedere un esperimento italiano con un astronauta italiano volare per ultimo sulla stazione in quello che è forse il più grande esperimento di fisica elementare che sia mai voltato nello spazio.

RB: Infatti, io penso che ci sia una buona probabilità che sia così, che alla fine da qualche parte era scritto nelle stelle che questo doveva succedere. Ehm, cito per completezza che ci sono delle discussioni all’interno della NASA per avere un ulteriore volo 135 l’anno prossimo, però allo stesso tempo mentre il 133 e il 134 sono voli fissati, coperti da un budget della NASA e garantiti, ogni volo ulteriore è, diciamo, soggetto ad una grande incertezza e non possiamo prevedere se sarà fatto o pure no. Possiamo quindi affermare che con buona probabilità saremo l’ultimo volo di quest’anno e forse l’ultimo volo degli Shuttle.

 

Conclusione

MZ: Benissimo, siamo arrivati in fondo a questa interessantissima chiacchierata, una delle più belle che abbiamo realizzato per AstronautiCAST. La ringraziamo davvero per la sua disponibilità e ci auguriamo di poter tornare a disturbarla in futuro magari per parlare dei primi risultati in arrivo da AMS-02.

RB: Con grande piacere. Io ringrazio voi per tutto quello che fate per l’astronautica, la fisica e la ricerca spaziale. In Italia, c’è bisogno di questo tipo di entusiasmo e di attività di sostegno e diffusione delle informazioni.
Vi ricordo che abbiamo un sito web da poco rimesso comodamente a nuovo che si chiama www.ams02.org in cui aggiorniamo via via con le notizie mano a mano che facciamo dei passi avanti con l’esperimento e c’è anche una newsletter a cui ci si può abbonare per avere regolamene le notizie e le novità che riguardano AMS-02.

MZ: Benissimo, grazie ancora e alla prossima.

RB: Grazie buon lavoro a tutti, salve.


Trascrizione a cura di Filippo Magni. AstronautiCAST, il primo podcast italiano sull’astronautica e lo spazio, è un’iniziativa dell’Associazione ISAA.

Filippo Magni

Appassionato di spazio, studente di ingegneria aerospaziale presso il Politecnico di Milano. Collabora all'amministrazione del forum come "Operations Officer". Scrive su AstronautiNEWS da maggio 2009.

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