Terni protagonista della ricerca spaziale: completati i test del rivelatore che cercherà tracce di antimateria

Perugia, 31 agosto 2026 – Si è concluso oggi, 31 agosto, nei laboratori di Terni dell’Università degli Studi di Perugia, il processo di qualifica spaziale richiesto dalla NASA per operare nello spazio un nuovo strumento, Layer 0 (L0), da inviare ad Aprile 2027 sulla Stazione Spaziale Internazionale, ISS, volto al potenziamento dell’esperimento AMS-02.

Il nuovo strumento, un disco del peso complessivo di ≈ 500 Kg e di circa 3 m di diametro, sarà installato sulla sommità di AMS-02 – già operante dal maggio 2011 all’esterno della ISS – per aumentarne la sensibilità alle particelle cosmiche di anti-materia più sfuggenti, che forniscono preziosi indizi sulla natura della materia oscura e possono essere testimoni della presenza di anti-materia primordiale.

In L0, sottili piastrine di silicio, circa 800 per una superficie totale dei rivelatori di circa 7 m2, sono assemblate sulle due facce di un piano ottagonale in fibra di carbonio. I segnali prodotti dalle particelle nell’attraversamento di queste piastrine permettono di identificarne la carica elettrica – distinguendo i nuclei cosmici dall’idrogeno allo zinco – e misurarne il punto di attraversamento con una precisione di pochi micrometri. Elettronica miniaturizzata integrata sui bordi del piano permette di leggere questi segnali e sincronizzarli con quelli presenti in AMS-02.

Progettare e costruire questo strumento – di dimensioni e peso particolarmente importanti per quello che è l’ambito spaziale – ha costituito una sfida tecnologica raccolta da ricercatori ed ingegneri di UniPg e dell’INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) in collaborazione con i colleghi del MIT (USA), di IHEP (Cina) e del CERN: in poco più di due anni L0 è stato completato con la collaborazione e supervisione il controllo della NASA.

Prima di essere lanciato con la capsula Dragon di Space-X, il nuovo strumento doveva essere qualificato per operare nello spazio, quindi nel vuoto, provando di essere in grado di superare gli stress meccanici del lancio, quelli termici dell’esposizione diretta ai raggi solari e dimostrare di non generare segnali elettromagnetici che possano interferire con il funzionamento dei sistemi della ISS.

Tra il 2024 ed il 2025, in circa 12 mesi, l’assemblaggio ed i test meccanici e termici in vuoto degli 8 moduli che costituiscono Layer0 sono stati eseguiti nelle infrastrutture di camera pulita e laboratori di qualifica spaziale del Dipartimento di Fisica e Geologia e dell’INFN (Laboratorio SERMS) presso il Polo di Terni di UniPg. Questa prima fase si è conclusa felicemente con la vibrazione meccanica del modello di qualifica dell’intero rivelatore condotta al SERMS nel febbraio 2025 per verificare la corretta progettazione meccanica e la qualità dell’assemblaggio.

Il montaggio degli 8 moduli di volo nella struttura finale è stata quindi effettuata nell’ultimo anno al CERN, seguito da test meccanici e termici dell’intero Layer0 in diverse sedi in Italia. Lo strumento completo è tornato a Terni il 20 Agosto, dopo essere stato calibrato per efficienza e risoluzione spaziale utilizzando i fasci di particelle generati negli acceleratori del CERN.

Dal 24 al 28 Agosto è stato quindi sottoposto all’ultimo test di qualifica, quello di compatibilità elettromagnetica presso il laboratorio CEM del Dipartimento di Ingegneria presso la sede di Terni. Superato brillantemente anche questo passo, lo strumento sarà riportato al CERN per sistemare gli ultimi dettagli meccanici e da lì partirà nel gennaio 2027 alla volta del Kennedy Space Center della NASA, dove sarà integrato nella capsula per il suo lancio previsto in Aprile 2027.

La prof.ssa Bruna Bertucci, ordinario di fisica sperimentale, responsabile per l’Università del laboratorio SERMS di qualifica spaziale e vice-responsabile della collaborazione internazionale AMS-02, sottolinea come “la realizzazione ed i test di L0 dimostrano l’importanza delle infrastrutture di laboratorio sviluppate a Terni grazie a progetti di eccellenza, la stretta collaborazione con l’INFN, il supporto di ASI ed il continuo contatto con realtà industriali locali e nazionali”.

Il dott. Giovanni Ambrosi, dirigente di ricerca dell’INFN e responsabile internazionale del progetto Layer 0 commenta come “il successo di questo ultimo test corona l’impresa di realizzare in pochi anni uno strumento complesso come L0 e conferma ancora una volta le capacità del team congiunto di INFN ed UniPg che, grazie al respiro internazionale della sua attività, è riuscito a sviluppare quattro esperimenti di grandi dimensioni operanti nello spazio negli ultimi trenta anni”.

Background del “Team Spazio” a Perugia/Terni

Storicamente il gruppo UniPg/INFN di Perugia ha avuto importanti responsabilità nella progettazione, costruzione e integrazione di AMS-02, del suo prototipo AMS-01 volato per 10 giorni nel giugno 1998 con lo space shuttle Discovery, dell’esperimento Fermi (in orbita dal 2008) e dell’esperimento DAMPE (in orbita dal 2015).

Il team “spaziale” ha visto impegnati negli ultimi trenta anni una trentina di ricercatrici, ricercatori e tecnici del Dipartimento di Fisica e Geologia e dell’INFN con lo sviluppo, nel corso del tempo, di infrastrutture di laboratorio presso la sede di Pentima del Polo di Terni.

Studentesse e studenti dei corsi di laurea in Fisica e di Ingegneria, dottorande e dottorandi, assegnisti di ricerca e giovani ricercatrici e ricercatori, si sono avvicinati con AMS al mondo della ricerca e dello spazio. L’unicità del progetto ed il suo ampio respiro internazionale hanno portato anche giovani ricercatori stranieri a scegliere l’Università degli Studi di Perugia come sede della loro attività.

Questi, in particolare, i principali contributi alla costruzione dell’esperimento AMS-02:

• il cuore dell’esperimento, il tracciatore a microstrip di silicio che permette di separare la materia dall’anti-materia, è stato progettato, costruito ed integrato nell’esperimento sotto la responsabilità di UniPg, in stretta collaborazione con l’Università di Ginevra. È proprio il sistema di raffreddamento del tracciatore su cui l’astronauta Luca Parmitano è intervenuto tra il 2019 ed il 2020 inserendo un nuovo elemento per migliorarne le prestazioni, l’UTTPS, testato nei laboratori di qualifica di UniPg a Terni;
• nei laboratori Università e dell’INFN presso il Polo di Terni sono stati eseguite le prove di qualifica spaziale per la resistenza a vibrazioni, operazione in vuoto ed in differenti condizioni termiche dell’elettronica di AMS, della struttura meccanica del magnete e di una larga frazione dei suoi rivelatori.
• ricercatrici, ricercatori, ingegneri e tecnici hanno partecipato alle fasi di integrazione dell’apparato al CERN di Ginevra e al Kennedy Space Center della NASA;
• ricercatrici, ricercatori e studentesse e studenti dell’Ateneo di Perugia partecipano continuativamente al controllo dell’esperimento sulla ISS dalla sala di controllo presso il CERN di Ginevra, e all’analisi dei dati scientifici.

Scienza di AMS

L’esperimento AMS-02 è frutto di un’ampia collaborazione internazionale, che vede ricercatori da più di 50 istituti in Europa, Stati Uniti ed Asia, riunirsi alla fine degli anni ‘90 sotto la guida del premio Nobel S.C.C. Ting, con l’obiettivo di studiare i cosiddetti “raggi cosmici”, particelle sub-atomiche originate nella profondità della galassia e del nostro sistema solare, e tra di essi i deboli segni di antimateria, indagando così sulla natura della materia oscura e ricercando possibili residui delle origini dell’Universo. In Italia hanno contribuito in diverse fasi del progetto le sedi universitarie e sezioni INFN di Perugia, Roma 1 (Sapienza), Roma 2 (Tor Vergata), Bologna, Milano Bicocca, Trento, Pisa. La prof. Bruna Bertucci dell’Università degli Studi di Perugia è attualmente vice-responsabile della collaborazione a livello internazionale.

AMS-02 ha raccolto ad oggi il più completo campione di raggi cosmici mai registrato, con ≈ 270 miliardi di particelle raccolte dalla sua prima accensione nel Maggio 2011. Ha misurato con straordinaria precisione il flusso delle diverse componenti di materia (nuclei atomici ed elettroni) e di antimateria, fornendo il più ricco campione di antiprotoni e antielettroni anche ad energie precedentemente inesplorate. I prossimi anni saranno cruciali per accumulare ulteriori campioni con maggiore accuratezza grazie all’installazione del nuovo rivelatore L0 e comprendere l’origine e la natura dei segnali osservati.

I risultati scientifici di AMS-02 stanno infatti portando nuove informazioni, in gran parte inattese, che mostrano i limiti dell’attuale comprensione dei meccanismi che stanno dietro l’origine, accelerazione e propagazione dei raggi cosmici. Sulla base di questi risultati, la comunità scientifica internazionale sta sviluppando nuove teorie che possano descrivere in maniera esaustiva i nuovi risultati di AMS-02 e fornire quindi – in sinergia con le informazioni complementari fornite dagli altri messaggeri cosmici quali fotoni, neutrini e onde gravitazionali – risposte a molte domande aperte circa i meccanismi di funzionamento ed evoluzione del nostro Universo.

Il lungo tempo di osservazione dell’esperimento, superiore a quello di un ciclo di attività solare, e la precisione delle misure di AMS-02 stanno mettendo in evidenza nuovi aspetti dell’influenza dell’attività solare sulla radiazione attorno alla Terra. La conoscenza così acquisita potrà avere importanti ricadute nella comprensione dei livelli di radiazione a cui gli astronauti potranno essere esposti nell’esplorazione del nostro sistema solare.

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