La missione General AntiParticle Spectrometer (GAPS), un esperimento dedicato allo studio dell’antimateria nei raggi cosmici e alla ricerca di segnali indiretti di materia oscura, si è conclusa con successo dopo un volo di 25 giorni sopra l’Antartide.
Il pallone stratosferico della NASA è stato lanciato dalla base di McMurdo lunedì 15 dicembre alle 17:37 italiane e ha terminato la sua missione il 9 gennaio 2026 alle 19:42 italiane, operando a quote comprese tra 32 e 37 km di altitudine. A questa altitudine, lo strumento ha raccolto oltre mezzo miliardo di eventi, osservando il cosmo quasi al di fuori dell’atmosfera terrestre e permettendo così misure di precisione sulle componenti più rare della radiazione cosmica, prima che vengano assorbite dall’atmosfera stessa.
Il programma fa parte del NASA Long Duration Balloon (LDB) e sfrutta i venti circolari polari antartici per mantenere il pallone in quota per lunghi periodi, consentendo al tempo stesso un’ampia raccolta di dati. L’obiettivo scientifico primario di GAPS è la misura, con sensibilità senza precedenti, di antiprotoni e antideutoni a bassa energia nei raggi cosmici, particelle di antimateria estremamente rare la cui possibile osservazione potrebbe fornire indizi sulla natura della materia oscura, che costituisce circa l’80% della massa dell’universo ma resta ancora uno dei grandi misteri della fisica moderna.
La missione è guidata dalla Columbia University e frutto di una collaborazione internazionale tra la NASA, l’Agenzia Spaziale Giapponese (JAXA), l’Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), università e centri di ricerca di diversi paesi. Ha visto la partecipazione italiana coordinata dall’ASI con un ruolo centrale dell’INFN, che ha contribuito allo sviluppo di importanti componenti dello strumento scientifico.
Una finestra sulla materia oscura, attraverso l’antimateria
L’esperimento GAPS nasce con l’obiettivo di osservare particelle di antimateria nei raggi cosmici, con particolare attenzione agli antideutoni, nuclei composti da un antiprotone e un antineutrone. Secondo i modelli teorici attuali, questi antinuclei sono previsti nel flusso dei raggi cosmici, ma la loro intensità è così bassa da sfuggire alla rilevazione con gli strumenti finora operativi.
GAPS è stato progettato appositamente per rivelare queste tracce rare grazie a una tecnica innovativa basata sull’individuazione di atomi esotici: quando un’antiparticella con carica negativa entra in un materiale target, si lega a un nucleo per formare un atomo in uno stato eccitato, che decade rapidamente emettendo segnali caratteristici. Analizzando questi segnali, i ricercatori possono identificare il tipo di antiparticella osservata con elevata precisione.
Il successo della missione GAPS non riguarda solo la durata del volo e la quantità di dati raccolti, ma soprattutto la capacità di esplorare una regime energetico dei raggi cosmici poco conosciuto finora. Oltre agli antideutoni, lo strumento ha misurato anche antiprotoni con energia inferiore a 0.25 GeV/nucleone, una porzione di spettro che finora non era stata coperta con sensibilità così elevata. La misura (e eventuale conferma) della presenza di antideutoni potrebbero offrire una prova indiretta di processi legati alla materia oscura, come l’annichilazione o il decadimento di particelle di materia oscura nella Galassia.
Il contributo italiano e le prospettive scientifiche
La partecipazione italiana alla missione GAPS è stata significativa, con gruppi di ricerca delle sezioni INFN e delle università di Firenze, Pavia, Bergamo, Napoli, Torino, Roma Tor Vergata e Trieste impegnati nelle varie fasi del progetto. L’INFN, in particolare, ha curato lo sviluppo tecnologico del tracciatore al silicio e dei sistemi di lettura elettronica e alimentazione, elementi fondamentali per la capacità dello strumento di distinguere segnali di interesse da un enorme flusso di particelle di fondo.
Ora che il volo è terminato, la missione entra nella fase di calibrazione e analisi dei dati. Si tratta di un lavoro complesso che richiede tempo e precisione, ma che potrebbe portare a risultati di grande importanza per la fisica delle particelle e la cosmologia.
La capacità di isolare segnali estremamente rari come quelli degli antinuclei è fondamentale per avanzare nella comprensione dei modelli di origine, accelerazione e propagazione dei raggi cosmici. E, soprattutto, per mettere alla prova le teorie che prevedono una componente di antimateria derivante da processi legati alla materia oscura.
