Si è concluso il 31 agosto nei laboratori di Terni dell’Università degli Studi di Perugia il processo di qualifica spaziale richiesto dalla NASA per Layer 0 (L0), il nuovo strumento che sarà inviato ad aprile 2027 sulla Stazione Spaziale Internazionale (ISS) per potenziare l’esperimento AMS-02. Il traguardo è stato raggiunto grazie al lavoro congiunto di ricercatori e ingegneri dell’ateneo umbro e dell’INFN, in collaborazione con MIT, IHEP e CERN, con l’obiettivo di ampliare la capacità di AMS-02 di individuare tracce di antimateria cosmica.
Che cos’è Layer 0 e a cosa serve
Layer 0 è un disco dal peso complessivo di circa 500 kg e un diametro di circa 3 metri, destinato a essere installato sulla sommità di AMS-02, l’esperimento operativo dal maggio 2011 all’esterno della ISS. Il nuovo strumento aumenterà la sensibilità alle particelle cosmiche di anti-materia più sfuggenti, considerate indizi preziosi sulla natura della materia oscura e su una possibile presenza di antimateria primordiale nell’Universo.
Il cuore del rivelatore è composto da circa 800 sottili piastrine di silicio, per una superficie totale di circa 7 metri quadrati, assemblate sulle due facce di un piano ottagonale in fibra di carbonio. Questo sistema permette di identificare la carica elettrica delle particelle — distinguendo i nuclei cosmici dall’idrogeno fino allo zinco — e di misurarne il punto di attraversamento con una precisione di pochi micrometri, grazie a un’elettronica miniaturizzata integrata sui bordi del piano.
Due anni di test tra Terni, CERN e Kennedy Space Center
La progettazione e la costruzione di Layer 0 hanno rappresentato una sfida tecnologica notevole, vista la mole e il peso dello strumento per gli standard dell’ambito spaziale. In poco più di due anni, sotto la supervisione della NASA, il progetto è stato completato dal team congiunto UniPg-INFN insieme ai partner internazionali.
Prima del lancio, previsto con la capsula Dragon di SpaceX, lo strumento doveva dimostrare di poter resistere agli stress meccanici del lancio, agli sbalzi termici dell’esposizione diretta ai raggi solari e di non generare interferenze elettromagnetiche con i sistemi della ISS. Tra il 2024 e il 2025, in circa dodici mesi, sono stati eseguiti l’assemblaggio e i test meccanici e termici in vuoto degli 8 moduli che compongono Layer 0, nelle infrastrutture di camera pulita del Dipartimento di Fisica e Geologia e nel Laboratorio SERMS dell’INFN a Terni. La fase si è chiusa con successo nel febbraio 2025, con la vibrazione meccanica del modello di qualifica dell’intero rivelatore.
Il montaggio finale degli otto moduli di volo è avvenuto nell’ultimo anno al CERN, seguito da ulteriori test meccanici e termici in diverse sedi italiane. Lo strumento è tornato a Terni il 20 agosto, dopo essere stato calibrato per efficienza e risoluzione spaziale con i fasci di particelle del CERN. Dal 24 al 28 agosto ha affrontato l’ultimo test di qualifica, quello di compatibilità elettromagnetica, presso il laboratorio CEM del Dipartimento di Ingegneria della sede di Terni.
Le prossime tappe verso il lancio del 2027
Superato anche quest’ultimo passaggio, Layer 0 tornerà al CERN per gli ultimi dettagli meccanici, per poi partire nel gennaio 2027 alla volta del Kennedy Space Center della NASA, dove sarà integrato nella capsula in vista del lancio previsto ad aprile 2027.
La professoressa Bruna Bertucci, ordinario di fisica sperimentale, responsabile per l’Università del laboratorio SERMS e vice-responsabile della collaborazione internazionale AMS-02, ha sottolineato 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 dottor Giovanni Ambrosi, dirigente di ricerca dell’INFN e responsabile internazionale del progetto Layer 0, ha commentato che “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”.
Trent’anni di ricerca spaziale a Perugia e Terni
Il gruppo UniPg/INFN vanta una lunga tradizione nello spazio: dalla partecipazione ad AMS-01, volato nel giugno 1998 sullo space shuttle Discovery, fino agli esperimenti Fermi (in orbita dal 2008) e DAMPE (in orbita dal 2015). Negli ultimi trent’anni circa trenta tra ricercatrici, ricercatori e tecnici del Dipartimento di Fisica e Geologia e dell’INFN hanno sviluppato le infrastrutture di laboratorio della sede di Pentima a Terni, coinvolgendo generazioni di studenti, dottorandi e giovani ricercatori, anche stranieri, attratti dal respiro internazionale del progetto.
Tra i contributi storici di UniPg ad AMS-02 figura il tracciatore a microstrip di silicio, cuore dell’esperimento che separa la materia dall’antimateria, progettato e costruito sotto la responsabilità dell’ateneo in collaborazione con l’Università di Ginevra. È proprio sul sistema di raffreddamento di questo tracciatore che l’astronauta Luca Parmitano è intervenuto tra il 2019 e il 2020, installando l’UTTPS, un componente testato nei laboratori di qualifica di UniPg a Terni.
A oggi, AMS-02 ha raccolto il più completo campione di raggi cosmici mai registrato, circa 270 miliardi di particelle dalla sua accensione nel maggio 2011, fornendo il più ricco campione di antiprotoni e antielettroni anche a energie prima inesplorate. L’installazione di Layer 0 permetterà di accumulare ulteriori dati con maggiore accuratezza, in un campo che sta già rivelando limiti nella comprensione attuale dell’origine, accelerazione e propagazione dei raggi cosmici, con possibili ricadute anche sulla conoscenza dei livelli di radiazione a cui sono esposti gli astronauti nell’esplorazione dello spazio.
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