L’esperimento GAPS è stato progettato per studiare la componente di antimateria nei raggi cosmici con un focus specifico su antideuteroni, antiprotoni e nuclei di anti-elio a bassa energia (< 0,25 GeV/n). La prima identificazione di antideuteroni nei raggi cosmici sarebbe un forte accenno di nuova fisica, esplorando un’ampia gamma di modelli teorici della materia oscura (DM) insieme a fonti più esotiche. La produzione secondaria di antideuterone e antielio per interazione tra raggi cosmici e mezzo interstellare è significativamente soppressa a basse energie rispetto alla produzione di candidati DM.
GAPS è stato proposto alla NASA per una serie di voli di lunga durata (circa 100 giorni totali) con pallone stratosferico dall’Antartide. Nel 2019 è previsto l’avvio della fase di integrazione dei vari rivelatori, mentre nell’estate del 2020 il tutto sarà trasportato alla base americana di McMurdo. Il lancio è previsto per l’estate australe 2020-2021.
L’approccio di identificazione delle antiparticelle GAPS è veramente innovativo.
In effetti, fornirà una tecnica quasi priva di background per identificare gli antideuteroni utilizzando tre diversi metodi di rilevamento per ogni evento. Inizialmente, un sistema di tempo di volo plastico (TOF) etichetta la particella e registra la velocità. Questo distinguerà gli antideuteroni dalle particelle più leggere, come gli antiprotoni. La particella quindi rallenta e si ferma nell’inseguitore di Si(Li), formando un atomo esotico eccitato. Questo atomo quindi si diseccita e rilascia sia i raggi X che una stella pione.
I wafer di Si(Li) (con risoluzione temporale di 50 ns e risoluzione energetica di 2 keV) saranno cruciali nel processo di identificazione delle particelle; l’energia dei raggi X dipende solo dalla massa e dalla carica della particella, quindi la sua firma determina con precisione il tipo di antiparticella rilevata mentre effettua transizioni verso stati inferiori. Infine, la stella pione (il terzo strato di rilevamento) fornisce una maggiore soppressione dello sfondo.
Il contributo al progetto dell’INFN (Trieste, Roma Tor Vergata, Bergamo, Firenze, Napoli, Pavia) riguarda la progettazione e realizzazione di ASIC per il DAQ di rivelatori al silicio. Inoltre, i gruppi italiani contribuiranno allo sviluppo di software per la simulazione, la struttura dei dati e l’analisi, nonché la futura analisi dei dati stessa e l’interpretazione dei risultati.