Un disco del peso complessivo di circa 500 Kg e 3 m di diametro, denominato Layer 0 (o L0) è il dispositivo messo a punto nei laboratori del Polo didattico dell’Università degli studi di Perugia a Terni. Sarà installato sulla sommità di AMS-02 – già operante dal Maggio 2011 all’esterno della stazione spaziale internazionale, 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. 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 della Nasa.

Layer 0 Sottili piastrine di silicio, circa 800 per una superficie totale dei rivelatori di circa 7 metri quadrati, 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.

Lancio nello spazio 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 stazione spaziale. 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 per verificare la corretta progettazione meccanica e la qualità dell’assemblaggio.

Le fasi 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.

Terni protagonista La professoressa 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 su 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 e 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 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.

Il dispositivo è stato presentato lunedì mattina a Pentima.