Nel maggio 2021, un rilevatore nel deserto piatto dello Utah catturò qualcosa che i modelli fisici non prevedevano. Una singola particella subatomica attraversava l’atmosfera terrestre portando 240 exa-elettronvolt di energia — circa 2,4 × 10²⁰ eV. Per avere un’idea della scala: è l’energia cinetica di una palla da cricket lanciata a tutta forza, concentrata in un oggetto un milione di miliardi di volte più piccolo di un granello di sabbia. I fisici del Telescope Array la chiamarono particella Amaterasu, come la dea giapponese del sole. Non era solo un nome: era un modo per tenere traccia di qualcosa che non sapevano spiegare.
Il problema, però, non era l’energia. Era da dove veniva.
Viene da dove non può venire
I raggi cosmici ultra-energetici non si lasciano deviare facilmente. Hanno troppa inerzia. I campi magnetici intergalattici li curvano pochissimo — il che rende relativamente semplice risalire la traiettoria fino alla sorgente. I fisici del Telescope Array lo fecero. E trovarono il Local Void.
Il Local Void è una regione di spazio quasi vuota che confina con il Gruppo Locale di galassie a cui appartiene la Via Lattea. Nessun buco nero attivo, nessuna magnetar, nessuna struttura cosmica densa abbastanza da accelerare una particella a quelle velocità. La particella Amaterasu sembrava provenire da dove non c’è niente in grado di produrla.
Lo studio pubblicato su Science nel 2023 fu raro nella sua onestà: i dati ci sono, la spiegazione no. Il caso rimase aperto per due anni.
Il sospetto: non è un protone
A giugno 2026, un team della Kyoto University e della Penn State University ha proposto di ricominciare da capo. L’ipotesi è che la particella Amaterasu non sia un protone — come quasi tutti i modelli assumevano — ma un nucleo atomico ultra-pesante, più massivo del ferro.
Cambia tutto. I protoni ad alta energia si degradano mentre attraversano l’universo: interagiscono con i fotoni della radiazione cosmica di fondo — l’eco del Big Bang che riempie ogni angolo dello spazio — e perdono energia lungo il tragitto. Esiste un limite preciso per questo, la soglia GZK, calcolata nel 1966 da Greisen, Zatsepin e Kuzmin: oltre una certa distanza, un protone con quell’energia non può arrivare intatto. La particella Amaterasu, a 240 EeV, avrebbe dovuto essere prodotta relativamente vicino a noi. Ma da quelle parti, vicino a noi, non c’è nulla.
I nuclei pesanti si comportano in modo diverso. Un nucleo di uranio o di torio interagisce meno con i fotoni di fondo. Perde energia più lentamente, percorre distanze maggiori. E, essendo carico, viene deflesso dai campi magnetici durante il viaggio — il che significa che la direzione apparente di arrivo potrebbe non avere nulla a che fare con la sorgente reale. Il Local Void, in questo scenario, non è un paradosso. È un effetto della traiettoria curva.
Chi produce un nucleo del genere
Resta una domanda: quale evento cosmico può forgiare un nucleo ultra-pesante e lanciarlo nello spazio a quelle velocità?
I modelli indicano due candidati. Le ipernove — collassi di stelle massicce che generano buchi neri circondati da getti relativistici — sono capaci di accelerare nuclei pesanti fino a energie estreme. Ma il candidato più discusso sono le fusioni di stelle di neutroni.
Le collisioni tra stelle di neutroni producono, in pochi secondi, quasi tutti gli elementi più pesanti del ferro che esistono in natura: oro, platino, uranio, attraverso il processo-r di cattura rapida dei neutroni. Se quegli stessi ambienti accelerano anche i detriti che producono, il meccanismo per spiegare la particella Amaterasu non richiede nessuna fisica nuova. È già lì, nei processi che già conosciamo.
La ricerca, pubblicata su arXiv nel maggio 2026, non chiude il caso. Lo prepara per il passo successivo: AugerPrime, l’aggiornamento del Pierre Auger Observatory in Argentina, potrà misurare la composizione dei raggi cosmici ultra-energetici con una precisione sufficiente a distinguere tra protoni e nuclei pesanti. Quando sarà operativo, potremmo avere finalmente una risposta sulla natura della particella Amaterasu.
Come si fa a sapere tutto questo da un deserto
Vale la pena spiegare una cosa che spesso passa inosservata. Il Telescope Array non vede le particelle cosmiche direttamente. Nessuno le vede. Quello che arriva dall’esterno dell’atmosfera colpisce le molecole d’aria e scatena una cascata: milioni di particelle secondarie che si espandono verso il basso su centinaia di chilometri quadrati. È un extensive air shower. I 507 rilevatori di superficie del Telescope Array, distribuiti su oltre 700 chilometri quadrati di Utah, registrano l’arrivo di quella cascata con differenze di tempo nell’ordine dei nanosecondi. Da quei dati si risale alla direzione, all’energia e alla composizione della particella originale.
È fisica forense. Non si osserva la particella, si ricostruisce da quello che ha distrutto mentre attraversava l’aria sopra di noi.
La particella Amaterasu ha lasciato tracce precise. Quello che quelle tracce non riescono ancora a dire è da dove viene davvero. È arrivata. Il resto è ancora aperto.
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