Materia oscura, la caccia è aperta con Xenon1T al Gran Sasso

di Veronica Nicosia
Pubblicato il 12 Novembre 2015 4:50 | Ultimo aggiornamento: 11 Novembre 2015 16:18

L’AQUILA – Ai Laboratori dell’Infn del Gran Sasso si apre la caccia alla materia oscura con l’esperimento Xenon1T. L’obiettivo dell’esperimento è ambizioso: svelare la natura della materia oscura, che compone un quarto dell’universo e di cui i ricercatori sanno ancora poco. “Illuminare l’oscurità“, questo lo slogan scelto dai ricercatori coordinati da Elena Aprile, della Columbia University di New York. L’esperimento rappresenta una vera e proprio trappola per la materia oscura  e vede impegnati 21 gruppi di ricerca provenienti da Italia, Usa, Germania, Svizzera, Portogallo, Francia, Paesi Bassi, Israele, Svezia e Abu Dhabi.

La materia oscura costituisce ad oggi uno dei più grandi misteri della fisica e dell’universo, essendo uno degli ingredienti base del cosmo. I ricercatori sanno che la materia oscura esiste ed è 5 volte più abbondante della materia che conosciamo. La sua natura però rimane ignota, dato che non assorbe né emette luce e finora non è stato possibile osservarla direttamente, ma sappiamo della sua esistenza solo dai modelli teorici. La Aprile, durante la cerimonia di inaugurazione che si è tenuta ai Laboratori nazionali del Gran Sasso (Lngs), ha spiegato:

“Per vedere le rare interazioni delle particelle di materia oscura con un rivelatore, è necessario costruire uno strumento con una grande massa e una radioattività estremamente bassa altrimenti, il rischio è non avere alcuna chance di distinguere un evento dovuto alla materia oscura fra tanti altri segnali che costituiscono il rumore di fondo”.

I laboratori del Gran Sasso rappresentano l’ambientazione ideale per l’esperimento, grazie alla roccia dallo spessore di circa 1400 metri che fa da schermo naturale alle particelle. Gabriella Sartorelli, coordinatrice del gruppo di ricercatori italiani, ha spiegato:

“Noi prevediamo che circa 100.000 particelle di materia oscura attraversino ogni secondo una superficie pari a quella di un’unghia. Il fatto che non le abbiamo già osservate ci dice, tuttavia, che la loro probabilità di interagire con gli atomi dei nostri rivelatori è molto piccola, e che abbiamo, pertanto, bisogno di strumenti più grandi e più sensibili per trovare le rare firme di queste particelle”.

L’esperimento Xenon1T è stato appositamente studiato per catturare le particelle di materie oscura e il Gran Sasso permette di preservare il “silenzio cosmico”, cioè di schermare i raggi cosmici che arrivano sulla Terra e pervadono l’atsmosfera e la materia. La trappola ideata dai ricercatori utilizza un gas nobile ultrapuro, lo Xenon, che viene tenuto allo stato liquido e ad una temperatura di meno 95 gradi celsius. Il rivelatore, che è il cuore dell’esperimento, è immerso in un criostato realizzato in acciaio inossidabile a bassa radioattività, contenente circa 3500 kg di Xenon liquido e si attiva quando le particelle interagiscono al suo interno.

Per evitare che altre particelle interagiscano nel rivelatore, creando un fondo dal quale è difficile estrapolare i dati che si vogliono ottenere, il thermos del criostato è a sua volta immerso in 700 metri cubi di acqua ultrapura, all’interno di un contenitore alto circa 10 metri, l’equivalente di un palazzo di tre piani, e dispone di 84 fotomoltiplicatori che servono per rivelare il passaggio dei muoni cosmici.

I ricercatori puntano ad osservare i segnali di interazione della materia oscura con lo Xenon, segnali che sono di due tipi: un lampo di luce primario e un segnale di carica che genera un secondo segnale di luce ritardato. Misurando l’energia rilasciata e la posizione dell’interazione all’interno del rivelatori i ricercatori puntano così a determinare la natura della particella misteriosa. Walter Fulgione, dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso, ha spiegato che l’inizio della raccolta dati è previsto per la fine del 2015 e proseguirà per 2 anni:

“L’inizio della presa dati di XENON1T è previsto per la fine dell’anno e ci sono tutte le premesse non solo per verificare altri modelli di materia oscura, oltre a quello che prevede che sia costituita da WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), ma soprattutto per riuscire finalmente a rivelarla. La raccolta dei dati durerà due anni, ma i fisici di XENON1T stanno già guardando oltre”.

La materia oscura rappresenta sicuramente uno dei misteri della fisica contemporanea ancora da svelare e questo esperimento apre ufficialmente la caccia alla determinazione della sua natura e alla sua osservazione.

(Credit Photo: Infn/Lngs)