I progressi della ricerca italiana

ROMA – focus/ aise – Si è conclusa con pieno successo la missione GAPS (General Antiparticle Spectrometer), dedicata allo studio dell’antimateria e alla ricerca della materia oscura, svoltasi nel contesto del programma lancio di palloni stratosferici NASA dall’Antartide, che ha visto la partecipazione italiana coordinata dall’Agenzia Spaziale Italiana.
La missione nasce da una collaborazione scientifica internazionale, coordinata dalla Columbia University e sostenuta da NASA, JAXA, Agenzia Spaziale Italiana (ASI) e dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), con il supporto della Heising-Simons Foundation e della National Science Foundation (NSF). La partecipazione italiana è coordinata dall’ASI e vede l’INFN in prima linea insieme a un’ampia rete di università e centri di ricerca.
Il volo del pallone stratosferico che ha ospitato l’esperimento GAPS, iniziato sopra i ghiacci dell’Antartide il 19 dicembre 2025, è terminato ufficialmente il 9 gennaio 2026 alle ore 19:42 (ora italiana). Per 25 giorni, GAPS ha operato a un’altitudine compresa tra i 32 e i 37 km, una quota che permette di osservare il cosmo quasi al di fuori dei filtri dell’atmosfera terrestre per poter misurare con precisione componenti rare della radiazione cosmica prima che queste siano assorbite dall’atmosfera stessa. In questo periodo, l'esperimento ha raccolto una mole impressionante di dati, superando mezzo miliardo di eventi acquisiti.
Il lancio e la gestione del volo sono avvenuti nell’ambito delle attività della base LDB (Long Duration Balloon) della Columbia Scientific Balloon Facility (CSBF) della NASA. Questa struttura, unica al mondo, opera in Antartide a circa 78° di latitudine Sud, sfruttando i venti circolari polari per mantenere i palloni in quota per lunghi periodi. Proprio grazie alla configurazione dei venti polari e alla accurata programmazione del lancio, il pallone ha concluso con successo due rivoluzioni intorno al polo sud terreste.
L’obiettivo scientifico della missione è quello di gettare luce sulla origine della componente di antimateria nella radiazione cosmica e investigare la natura della materia oscura, che compone circa l’80% del contenuto in massa dell’universo, attraverso la misura di precisione di antiprotoni e dei più rari antideutoni.
“Gli antideutoni, nuclei composti da un antiprotone e un antineutrone, sono una componente di elevato interesse scientifico della radiazione cosmica”, spiega Valerio Vagelli, Project Scientist dell’Agenzia Spaziale Italiana per il progetto GAPS. “Seppur previsti nel flusso di radiazione cosmica dai modelli astrofisici attuali, poiché la loro intensità è al di sotto della sensibilità degli strumenti operati fino ad oggi, non sono ancora mai stati misurati. L’analisi dei dati raccolti dall’esperimento GAPS, ottimizzato proprio per la rivelazione di questa componente di antimateria, potrebbe fornire evidenza della loro presenza nella radiazione cosmica, garantendo dunque un netto avanzamento nella comprensione della natura della materia oscura e dei modelli di origine, accelerazione e propagazione dei raggi cosmici”.
Secondo i modelli fisici più accreditati, infatti, se la materia oscura fosse composta da certe classi di particelle, queste potrebbero annichilirsi o decadere producendo anche antideutoni. Rilevarli nella radiazione cosmica proveniente dallo spazio profondo significherebbe ottenere una prova indiretta della natura della materia oscura.
“Dopo 25 giorni di presa dati continua, entriamo ora nella fase più delicata: un lungo e accurato lavoro di calibrazione e analisi. Per massimizzare le potenzialità dello strumento e riuscire a isolare segnali estremamente rari come quelli degli antinuclei, è fondamentale una messa a punto di estrema precisione”, spiega Elena Vannuccini, ricercatrice dell’INFN e responsabile nazionale per l’analisi dati dell’esperimento GAPS.
Il cuore tecnologico della missione sfrutta una tecnica innovativa basata sull’osservazione di atomi esotici, ovvero atomi in cui una particella di antimateria nucleare, con carica negativa, orbita intorno al nucleo, di carica positiva. L’annichilazione dell’antinucleo e il decadimento dell’atomo esotico emettono segnali caratteristici. Analizzando questi segnali, gli scienziati possono identificare con precisione il tipo di antiparticella osservata.
L’Italia ha fornito un contributo fondamentale per il funzionamento del tracciatore al silicio dell’esperimento GAPS, il cui compito è quello di visualizzare il numero e la direzione delle particelle generate dal decadimento degli atomi esotici. L’elettronica di lettura avanzata (basata su microelettronica di ultima generazione) e l’intero sistema di alimentazione dello strumento sono stati interamente progettati e realizzati dai gruppi di ricerca italiani. Questi componenti sono essenziali per identificare rarissimi eventi di interesse all’interno di un flusso elevatissimo di particelle cosmiche.
La missione è il risultato di un grande sforzo corale di istituzioni di ricerca di Stati Uniti, Giappone, Italia e Cina La partecipazione italiana coordinata dall’ASI, coinvolge ricercatori e ricercatrici delle sezioni INFN e delle Università di Firenze, Pavia, Bergamo, Napoli, Torino, Roma Tor Vergata e Trieste.
L’Istituto per il sistema produzione animale in ambiente Mediterraneo del Consiglio nazionale delle ricerche di Portici (Cnr-Ispaam), assieme all’Università Tor Vergata di Roma e all’IRCCS Neuromed di Pozzilli (Isernia), è tra i protagonisti dell’ampio studio internazionale che ha rivelato come un batterio intestinale - Dysosmobacter welbionis – svolga un ruolo chiave nel proteggere la salute del fegato, nonché nel prevenire e migliorare possibili disturbi di natura metabolica.
Tale batterio, infatti, la cui presenza è associata a un quadro di buona salute metabolica ed epatica, è in grado di trasformare il mio-inositolo – un composto naturalmente presente in frutta, legumi, cereali e frutta secca, in acido butirrico - già noto per gli effetti benefici in alcune malattie metaboliche dell’uomo. Questo batterio intestinale potrà quindi costituire la base per lo sviluppo di probiotici in grado di svolgere un’azione preventiva per questo tipo di disturbi.
Lo studio, coordinato da due istituzioni belghe (Università Cattolica di Louvain e WEL Research Institute di Wavre), pubblicato sulla rivista Gut, riporta l’esito di un’estesa analisi metagenomica del batterio Dysosmobacter welbionis svolta con il contributo di atenei e centri di ricerca da tutta Europa: oltre all’Italia hanno infatti partecipato l’Olanda con l’Amsterdam University Medical Center e l’Università di Wageningen; il Regno Unito con l’Imperial College di Londra e l’Università Trent di Nottingham; la Finlandia con l’Università di Helsinki; la Germania con l’Università di Aachen; la Francia con l’Università La Sorbona di Parigi, l’Università di Lille, e l'INCOMM Rangueil Hospital di Tolosa; la Spagna con il Biomedical Research Institute di Girona e l’Istituto de Salud Carlos III di Madrid.
Spiega Antonio Dario Troise, coordinatore dello studio per il Cnr-Ispaam: “lo studio si è concentrato sul potenziale ruolo protettivo di questo batterio intestinale per la salute del fegato: la sua assenza o ridotta rappresentazione nell’intestino sembra essere una caratteristica di soggetti affetti da steatosi epatica associata a disfunzione metabolica, o presentanti una fibrosi epatica avanzata; viceversa, la sua presenza è associata a un miglioramento di possibili disturbi metabolici”.
L’aspetto innovativo, poi, è stato scoprire che Dysosmobacter welbionis ha anche la capacità di metabolizzare il mio-inositolo –un poliolo che migliora la sensibilità all’insulina e la composizione del microbiota intestinale- in acido butirrico, un composto in grado di svolgere un ruolo cruciale per la salute metabolica ed epatica dell’uomo. Benchè alcuni batteri intestinali possano convertire questa molecola in acido acetico e acido propionico, non era mai stata dimostrata la possibilità di trasformarla in acido butirrico.
“L’ampia analisi metagenomica compiuta ha permesso di valutare l’associazione del batterio con biomarcatori di rischio metabolico e di verificare come il batterio possieda una ‘via metabolica unica’ per convertire il mio-inositolo alimentare in acido butirrico, differenziandosi così da tutti gli altri commensali intestinali”, prosegue Andrea Scaloni, ricercatore del Cnr-Ispaam coinvolto nello studio. “Data la significativa presenza di questo batterio nell’intestino di soggetti sani e la sua costante associazione con la salute metabolica ed epatica dell’ospite, il batterio Dysosmobacter welbionis risulterebbe, quindi, emergere come un candidato ideale per lo sviluppo di probiotici di nuova generazione da usare in approcci terapeutici innovativi diretti al microbiota intestinale dell’uomo e volti a prevenire e/o gestire malattie metaboliche come il cosiddetto fegato grasso, l’obesità e il diabete di tipo 2”.
Test di somministrazione del batterio in modelli animali affetti da fegato grasso (steatosi) hanno permesso, infatti, di verificare un significativo miglioramento della glicemia e della disfunzione epatica. “La scoperta, poi, che la fermentazione del mio-inositolo determini direttamente la produzione di acido butirrico potrebbe modificare gli attuali paradigmi della ricerca sulle interazioni dieta–microbiota–ospite, ed in particolare quelli riguardanti la somministrazione alimentare di tale poliolo”. (focus\aise)