Nuovi risultati da AMS: un eccesso di deutoni cosmici

La collaborazione internazionale Alpha Magnetic Spectrometer ha pubblicato nuovi importanti risultati sul flusso dei raggi cosmici. Le nuove misure riguardano il flusso di deuterio nei raggi cosmici e le sue dipendenze temporali. Le misure state condotte usando una grande quantità di dati raccolti oltre 12 anni di osservazioni da parte dell’esperimento AMS-02 sulla Stazione Spaziale Internazionale. I risultati sono stati pubblicati nella rivista Physical Review Letters.

Le nuove misure suggeriscono trovato una popolazione inaspettata di deutoni nei raggi cosmici, che portano a nuovi interrogativi sui meccanismi di produzione secondaria di particelle nelle collisioni tra raggi cosmici e gas interstellari.

Nell’Universo di oggi il deuterio è presente in quantità piuttosto modeste. Esso è prodotto in larga parte dopo il Big Bang, una volta che la temperatura dell’Universo primordiale è scesa abbastanza da rendere possibile la fusione tra protoni e neutroni, ma non sufficientemente bassa per fare sì che i nuclei di deuterio possano fondersi successivamente in ioni diu elio. La brevità della finestra temporale – appena 10 minuti – spiega la bassa abbondanza cosmica di deuterio nell’universo di oggi: per ogni atomo di idrogeno ci sono solo 0,00002 deuteri.

Non è chiaro quanti di quei deuteri originali abbiano da allora acquisito un’energia pari ai raggi cosmici dall’esplosione di una supernova o da qualche altro acceleratore cosmico. Ma anche se tutti lo avessero, il loro piccolo numero non è sufficiente a spiegare l’elevato numero di raggi cosmici di deuteroni che AMS ha conteggiato.

Per questa ragione, si presume che quasi tutti i nuclei di deuterio nei raggi cosmici siano in realtà prodotti da processi secondari, dovuti alle collisioni di nuclei cosmici con gli atomi del gas interstellare. Questo processo produce anche altre particelle altrimenti rare come l’elio-3, il boro, o gli antiprotoni. In particolare il meccanismo di produzione del deuterio è molto simile a quello che produce elio-3: entrambe le specie provengono dalla frammentazione dell’elio-4. Quindi, affinché la presunzione sia corretta, i flussi di raggi cosmici di deutoni e ioni di elio-3 misurati dall’AMS dovrebbero correlarsi con il flusso di elio-4 nello stesso modo. Ma l’analisi dei dati da parte del team AMS rileva che una grande frazione del flusso di deuterio ha una correlazione nettamente diversa. Ting suggerisce che la scoperta implica potenzialmente che esiste un’altra fonte “primaria” di raggi cosmici di deuteroni.

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