L’esperimento GAPS (General AntiParticle Spectrometer mira a studiare la materia oscura (DM) attraverso osservazioni di antiparticelle quali antiprotoni, antideuterio e antielio nei raggi cosmici. Gli obiettivi scientifici di GAPS sono riassunti qui di seguito.
Tra gli obiettivi scientifici più ambiziosi di GAPS c’è sicuramente la ricerca di antideuterio a bassa energia (< 0,25 GeV/n); anche piccole tracce di questa antiparticella nella radiaazione cosmica possono indicare una forte segnatura di nuova fisica, in quantola produzione di antideuterio attesa da meccanismi astrofisici standard è molto bassa.
Molti modelli recenti di materia oscura prevedono flussi elevati di antiprotoni e antideuterio al di sotto di ~1 GeV, generati da fenomeni di annichilazioni o decadimento di candidati quali neutralini, neutrini di Kaluza-Klein e gravitini. Mentre i raggi cosmici ordinari vengono prodotti e accelerati in abbondanza presso sorgenti astrofisiche note (i cosiddetti “primari”), il background di antiparticelle nei raggi cosmici deriva principalmente dalla spallazione dei primari nel mezzo interstellare (o “secondari”). Tali meccanismi portano alla produzione di pochissime particelle a bassa energia, a causa della cinematica che entra in gioco, e i meccanismi di perdita di energia risultano meno efficienti sugli antideuteri (rispetto agli antiprotoni), con conseguenti flussi altamente soppresso a basse energie. La ricerca di antideuterio in GAPS sfrutta entrambi questi fattori: sia la presenza di una segnatura importante legato alla materia oscura, sia la soppressione del bacground cosmico bassa energia.
GAPS misurerà lo spettro di antiprotoni nella radiazione cosmica di basse energie con una precisione senza precedenti, ponendo dei constraints non solo su alcuni modelli di materia oscura, ma anche su teprie più esotiche come l’evaporazione del buchi neri primordiali. Con molta probablitià, l’esperimento GAPS sarà anche in grado di dare seguito agli eventi di antielio segnalati recentemente da AMS-02. Queste tracce di antielio, se correlati davvero alla materia oscura, implicherebbero anche un segnale importante di antideuterio, facilmente rilevabile da GAPS.
GAPS verrà lanciato dall’Antartide in una serie di voli su pallone di lunga durata, a partire dall’estate australe del 2025. Il lungo periodo di osservazione previsto, unito alla bassa rigidità del cutoff geomagnetico vicino al Polo Sud consentono a GAPS di raggiungere una elevata sensibilità verso le basse energie, fungendo da apripista per esperimenti futuri di tipo ULDB (Ultra-Long Duration Balloon) con a bordo set-up scientifici differenti e organizzati in più voli distanziati nel tempo.zione dei risultati.
Bibliografia
[1] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0927650522000925