Risultati della Ricerca | Una ricerca del Dipartimento di Fisica sulla prestigiosa rivista "Nature Physics"
La Collaborazione ALICE determina quanto è trasparente la nostra galassia al passaggio di antimateria
La Collaborazione ALICE determina quanto è trasparente la nostra galassia al passaggio di antimateria
Una ricerca, alla cui realizzazione ha contribuito il Gruppo di Fisica Subnucleare del Dipartimento di Fisica dell'Ateneo, è stata pubblicata sulla prestigiosa rivista "Nature Physics". La ricerca indaga come la Collaborazione ALICE determini quanto è trasparente la nostra galassia al passaggio di antimateria.
La materia oscura è una forma ancora misteriosa di materia che costituisce circa l'85% del contenuto di materia del nostro Universo. I modelli prevedono che particelle di materia oscura, presenti nell'alone della nostra galassia, possano interagire tra loro annichilando e producendo coppie ordinarie di materia-antimateria, incluse coppie di nuclei e antinuclei. Gli antinuclei possono essere prodotti anche in collisioni ad alta energia tra raggi cosmici e mezzo interstellare e, sulla Terra, possono scaturire esclusivamente dagli urti tra particelle in grandi e potenti acceleratori come LHC del CERN. La misura di un eventuale eccesso di produzione di antimateria dal cosmo rispetto al background atteso, dovuto a collisioni ordinarie tra raggi cosmici e mezzo interstellare, rappresenterebbe un segnale inequivocabile del processo di annichilazione di materia oscura nella nostra galassia.
Negli ultimi anni, l’esperimento ALICE al CERN ha misurato la produzione di antinuclei in collisioni protone-protone, protone-nucleo e nucleo-nucleo a diverse energie e molteplicità. Questi studi sono fondamentali per svelare i modelli di produzione degli antinuclei in collisioni ordinarie fra raggi cosmici e mezzo interstellare. Nell'articolo pubblicato su Nature Physics il giorno 12 dicembre 2022, la Collaborazione ALICE e, in particolare, alcuni ricercatori del Dipartimento di Fisica dell’Università e del Gruppo Collegato INFN di Salerno, hanno effettuato la prima misura della probabilità di assorbimento di nuclei di antielio-3 in interazioni con la materia ordinaria di cui è costituito l'esperimento ALICE stesso. Questi risultati sono utilizzati per calcolare la probabilità di assorbimento di antielio-3 nel mezzo interstellare. I risultati di questo studio rivelano che la nostra galassia ha una trasparenza al passaggio di nuclei di antielio-3 di circa il 50% per antielio-3 da annichilazione di materia oscura e fino al 90% per antielio-3 prodotti in interazioni di raggi cosmici col mezzo interstellare. Questo implica che l'antielio-3 può viaggiare per distanze lunghissime nella galassia e rappresenta dunque una sonda ideale per ricerche indirette di materia oscura.
The ALICE Collaboration determines the transparency of our galaxy to the passage of antimatter
Dark matter is a mysterious form of matter that accounts for approximately 85% of the matter content of our Universe. Theoretical models predict that dark matter particles annihilate in the galactic halo producing ordinary particle-antiparticle pairs, including nuclei and antinuclei. The latter are also produced in high-energy collisions between cosmic rays and nuclei in the interstellar medium and, on Earth, only in ultrarelativistic collisions at large particle accelerators such as the LHC at CERN.
An excess in the measured antinuclei yield with respect to the cosmic ray background would constitute a ‘smoking gun’ signature of dark-matter annihilation in our Galaxy.
Over the last few years, the ALICE Collaboration has measured the production yield of light antinuclei in proton-proton, proton-nucleus, and nucleus-nucleus collisions at different energies and event multiplicities. These studies are fundamental to constrain antinuclei production models used to predict the expected flux of antinuclei from ordinary cosmic ray interactions. In the paper published in Nature Physics on 12/12/2022, the ALICE Collaboration, and in particular some members of the Physics Department of the University and INFN group of Salerno, report the first measurement of the disappearance probability of antihelium-3 when it encounters matter particles and annihilates or disintegrates within the ALICE detector. These results are used as input in a propagation model to calculate the absorption probability of antihelium-3 nuclei in the interstellar medium. These results reveal that our galaxy has transparency to the passage of antihelium-3 of about 50% for antihelium-3 produced in dark matter annihilation and up to 90% for antihelium-3 stemming from cosmic ray interactions with the interstellar medium. This implies that antihelium-3 nuclei can travel very long distances in the Galaxy, and are therefore a golden probe for indirect dark matter searches.
[1] https://www.nature.com/articles/s41567-022-01804-8
[2] https://www.nature.com/articles/s41567-022-01821-7
[4] https://home.cern/news/news/physics/alice-estimates-how-transparent-milky-way-antimatter
Pubblicato il 16 Dicembre 2022
