Il satellite DAMPE (DArk Matter Particle Explorer), in orbita intorno alla Terra dal dicembre 2015, ha ottenuto la prima misura diretta – con un livello di accuratezza mai raggiunto in precedenza – del flusso di protoni cosmici fino a energie elevatissime, dell’ordine di 100 TeV (pari a 100.000 volte la massa a riposo del protone). L’esperimento, i cui risultati sono stati pubblicati oggi sulla rivista scientifica americana Science Advances, ha rilevato per la prima volta che questo flusso di particelle, che diminuisce continuamente con l’aumentare delle energie, a circa 10 TeV presenta un’attenuazione molto più marcata del previsto. Altri esperimenti avevano esplorato questa regione energetica ma con risultati molto meno precisi senza fornire chiare indicazioni.

“Sorgenti astrofisiche ancora poco conosciute riescono ad accelerare particelle cariche sino a energie milioni di volte maggiori di quelle raggiunte dai più potenti acceleratori costruiti dall’uomo”, spiega il prof. Ivan De Mitri, responsabile del gruppo DAMPE al GSSI, dove coordina anche il programma di dottorato in Fisica Astroparticellare. “Attualmente tali fenomeni vengono studiati da scienziati di tutto il mondo usando apparati sperimentali molto diversi tra loro: satelliti in orbita nello spazio, rivelatori posti al suolo o sotto terra, dispositivi posizionati sotto il ghiaccio del polo sud e nelle profondità marine”.

Lo scorso dicembre proprio il GSSI è stato teatro di un workshop internazionale nel corso del quale gli scienziati membri della collaborazione DAMPE hanno fatto il punto sullo stato delle ricerche in corso. Alla missione DAMPE partecipano l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), la Chinese Academy of Sciences (CAS), il Gran Sasso Science Institute e le Università di Bari, Ginevra, Perugia, e del Salento, per un totale di oltre 100 scienziati, tecnici e dottorandi.

Il contributo italiano alla realizzazione e alla conduzione dell’esperimento è stato determinante. Gli scienziati italiani hanno collaborato con i colleghi cinesi e svizzeri nella progettazione, costruzione e messa a punto dell’apparato, hanno coordinato i test dei rivelatori sia in laboratorio sia su fasci di protoni, elettroni e ioni presso gli acceleratori del CERN a Ginevra, hanno contribuito alla scrittura dei software di analisi e di simulazione e sono impegnati nell’analisi dei dati e nell’interpretazione dei risultati.

Oltre al prof. Ivan De Mitri, per il Gran Sasso Science Institute partecipano all’esperimento i  ricercatori Guillermo Torralba, Ines Valino e i dottorandi Francesca Alemanno, e Dimitrios Kyratzis e Zhaomin Wang.

Il gruppo GSSI è attualmente impegnato sia nell’analisi degli altri dati provenienti dal satellite DAMPE, per estendere l’indagine che ha portato a questi risultati, che nella progettazione di una nuova missione spaziale, HERD, con prestazioni ancora migliori, in collaborazione con lo staff dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso. Tale progetto, frutto anch’esso di una collaborazione internazionale, prevede l’installazione di un rivelatore di circa quattro tonnellate sulla stazione spaziale cinese, attualmente in costruzione. La missione permetterà di individuare il valore dell’energia massima raggiunta dagli acceleratori galattici e di cercare, con maggiore sensibilità, segnali di materia oscura nell’Universo.

Sito DAMPE: http://dpnc.unige.ch/dampe
Video DAMPE: http://dpnc.unige.ch/dampe/video/dampe_chinese_video.mp4
Paper: https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaax3793

DAMPE REVEALS NEW INSIGHTS IN THE NATURE OF GALACTIC COSMIC RAYS

The DAMPE space mission revealed new properties of galactic cosmic rays. The GSSI Gran Sasso Science Institute, which has a research team involved in the international collaboration, contributed to the discovery.

DAMPE (DArk Matter Particle Explorer) is a satellite mission, which has been orbiting around the Earth since December 2015. It has obtained the first direct measurement – with an accuracy level never achieved before – of the cosmic proton flux up to extremely high energies, of the order of 100 TeV (equivalent to 100,000 times the proton mass at rest). The experiment, whose results were published today on Science Advances, revealed for the first time that this particle flux, constantly decreasing with the increase of the energies, at about 10 TeV shows a dimming which is considerably faster than expected. Some previous experiments explored this energetic region but their measurements were not precise enough to give a clear conclusion.

“Astrophysical sources, about which little is known, can accelerate charged particles up to a million of times higher energies than those obtained by the most powerful particle accelerators in the world”, explains prof. Ivan De Mitri, leading the DAMPE group at the GSSI, where he is also chair  of the PhD programme in Astroparticle Physics. “At present, these phenomena are studied by the international community through different experimental instruments: satellites orbiting in space, ground and underground detectors, devices deployed under the ice at the South Pole or under the sea depths”.

In December 2018, the GSSI itself hosted an international workshop, on occasion of which the members of the DAMPE collaboration reviewed the state of CR research. The DAMPE mission includes the Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), the Chinese Academy of Sciences (CAS), the Gran Sasso Science Institute and the Universities of Bari, Geneva, Perugia, and Salento, amounting to more than 100 scientists, technicians and PhD students.

The Italian contribution has been crucial both to build and to carry out the detector. Italian scientists collaborated with their Chinese and Swiss colleagues in designing, building and fine-tuning the instruments, they coordinated the testing of detectors both in laboratories and in accelerators at CERN, they contributed to design analysis and simulation software, and are concerned with data analysis and interpretation.

Along with prof. Ivan De Mitri, GSSI researchers Guillermo Torralba and Ines Valino, and GSSI PhD students Francesca Alemanno, Dimitrios Kyratzis e Zhaomin Wang participate in the experiment.

To date, the GSSI team is at the same time analysing the other data provided by the DAMPE satellite, in order to broaden the investigation which brought out these results, and planning a new space mission, HERD, capable of delivering better performances, in cooperation with the Laboratori Nazionali del Gran Sasso staff. This project, the outcome of an international collaboration, aims at the installation of a 4-ton detector on the Chinese space station currently under construction. The mission will allow to determine the value of the highest energy reached by galactic accelerators and to search for signals of dark matter in the Universe with increased sensitivity.

DAMPE website: http://dpnc.unige.ch/dampe
DAMPE video: http://dpnc.unige.ch/dampe/video/dampe_chinese_video.mp4
Paper: https://advances.sciencemag.org/content/5/9/eaax3793