Il rivelatore spaziale di antimateria Ams-02 ha un meccanico molto speciale: l’astronauta Luca Parmitano

 Luca Parmitano ha cominciato una serie di delicati interventi sullo strumento Ams-02 montato sulla Stazione spaziale internazionale.

Dal 15 novembre scorso ha cominciato una serie di delicati interventi con il collega Andrew Morgan sullo strumento nato negli anni ’90 da un’idea sua e del premio Nobel statunitense Samuel C. C. Ting.

Cosa è lo strumento

L’idea è nata nell’estate da Roberto Battiston nel 1994 da alcune discussioni con Samuel Ting, con cui collabora da oltre trent’anni. All’epoca lavoravano insieme all’acceleratore Lep al Cern di Ginevra, e ragionavano su quale potesse essere il prossimo passo nella fisica delle particelle. Iniziarono a portare nello spazio rivelatori analoghi a quelli utilizzati al Cern, in grado di identificare le particelle una alla volta con tutte le loro proprietà di massa, energia, direzione, carica elettrica. I raggi cosmici che arrivano dall’universo e bombardano la Terra, infatti, possono contenere informazioni molto importanti sui processi che li hanno generati. Ams ha tante componenti: una che misura le tracce dei raggi cosmici, una che misura la carica, una che misura il momento di arrivo e così via. Per fare la fotografia precisa di ogni raggio cosmico che passa, queste parti devono lavorare tutte insieme. Degli 8 rivelatori in funzione, 6 sono stati fatti in Italia, o coordinati fortemente dall’Italia, dai fisici dell’Istituto nazionale di fisica teorica (Infn); mentre l’Agenzia spaziale italiana (Asi) ha garantito buona parte del supporto economico necessario. L’Italia ha dato un contributo straordinario, anche con i suoi astronauti: Ams-02 è stato portato in orbita da Roberto Vittori, con una missione che ha coinvolto anche Paolo Nespoli, e adesso c’è Luca Parmitano che è protagonista della riparazione. 

Foto dello strumento Ams.

Cosa fa questo strumento

Ams-02 misura tutti i raggi cosmici, ma noi ci concentriamo sulla piccola percentuale di antimateria. Gran parte dei raggi cosmici che misuriamo sono protoni (80% circa), poi ci sono i nuclei di elio. In generale, quanto più pesanti sono le antiparticelle, tanto meno ce n’è nei raggi cosmici. Gli antinuclei dovrebbero essere così rari che non ne dovremmo osservare nemmeno uno (e invece…) . Un prototipo di Ams, che si chiamava Ams-01, è stato lanciato nello spazio a bordo dello Space Shuttle Discovery nel giugno del 1998. La seconda versione, Ams-02, è stata installata sulla Stazione spaziale internazionale il 19 maggio del 2011 ed è ancora in funzione: sta mettendo alla prova le nostre teorie più avanzate sull’origine e sulla composizione dell’universo. Il suo obiettivo è quello di cercare nel cosmo l’antimateria, cioè quella sostanza speculare alla materia che però è rarissima sulla Terra. L’antimateria è composta da particelle identiche a quelle di materia, se non per il fatto che alcune proprietà sono invertite. E quando particelle e antiparticelle si incontrano, entrambe svaniscono per produrre un lampo di energia.

Esempio di antimateria, nello specifico un anti-idrogeno

Il lavoro di Luca Parmitano

Al cuore di Ams-02 c’è un rivelatore dotato di una superficie totale di circa 5 metri quadrati di rivelatori al silicio equipaggiati con un sistema di lettura composto da circuiti elettronici. All’epoca era la struttura di questo tipo più grande mai concepita, capace di misurare le particelle con una precisione di pochi micron (milionesimi di metro). Ma per poter funzionare, questo elemento deve essere termicamente stabile, perché altrimenti la struttura di supporto viene distorta e non si riesce più a ricostruire con precisione il percorso delle particelle. Quindi è necessario avere un sistema di raffreddamento estremamente efficiente. Non è facile: per farlo abbiamo sviluppato una tecnica particolare basata su CO2 (anidride carbonica) ad alta pressione, che passa in piccoli tubi e, a contatto con il circuito surriscaldato, evapora assorbendo energia. L’anidride carbonica viene tenuta a una pressione di 200 atmosfere e fatta circolare con pompe come quelle usate nei rover marziani: con questi accorgimenti, il rivelatore può trovarsi stabilmente a una temperatura stabile  intorno ai 15 °C. Il suo è un intervento che potremmo definire non solo a cuore aperto, ma perfino di sostituzione del cuore. Parmitano deve tagliare otto canali metallici che portano il fluido dentro e fuori le pompe, due per pompa, e sostituire il blocco intero con un altro blocco, già pronto, in cui fare otto connessioni. Le connessioni elettriche sono relativamente facili da effettuare, anche se niente è facile nello spazio. La vera sfida sono le connessioni idrauliche, che sono molto piccole e devono tenere 200 atmosfere. Gli astronauti sono stati accuratamente addestrati per svolgere un compito di questo tipo, ma certamente in quelle condizioni si tratta di una grande sfida.

 

 

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