Una collaborazione internazionale di scienziati ha trovato l’indizio più convincente finora sulla ‘misteriosa’ materia oscura
Per quasi un secolo, i ricercatori hanno cercato di comprendere la materia oscura, un materiale invisibile che costituisce circa l’85% della materia totale dell’universo. Ma poiché gli scienziati non l’hanno mai rilevata direttamente, hanno faticato a determinarne esattamente la natura. Ora, una nuova analisi dell’esperimento LUX-ZEPLIN (LZ) ha registrato un’interazione di una singola particella che i ricercatori non riescono a spiegare con i segnali di fondo noti provenienti dalla materia ordinaria. Sebbene il team non affermi di aver trovato la materia oscura, stima che ci sia solo lo 0,5% di probabilità che l’evento anomalo provenga da una fonte nota.
Rotta di collisione con atomi di xeno
I membri della collaborazione LZ cercano la materia oscura individuando i caratteristici lampi di luce provenienti dall’energia depositata all’interno del suo rivelatore, che contiene 10 tonnellate di xeno liquido ultrapuro. Lo xeno, un gas nobile, condensa allo stato liquido quando raffreddato a temperature inferiori a -108 gradi Celsius. Quando una particella interagisce con lo xeno liquido, trasferisce energia agli atomi di xeno, producendo due segnali rilevabili. In primo luogo, gli atomi di xeno eccitati emettono un breve lampo di luce ultravioletta. L’interazione libera anche degli elettroni. Un campo elettrico attira questi elettroni verso l’alto attraverso il liquido e nel gas xeno, dove producono un secondo lampo di luce. Misurando questi due impulsi, i ricercatori possono ottenere informazioni sulle interazioni tra le particelle che li hanno generati.
Escludendo le possibilità
Sebbene l’evento sia insolito, i ricercatori non possono ancora escludere la possibilità che provenga da una fonte di fondo. Per ridurre tale probabilità, i ricercatori hanno inizialmente progettato l’esperimento in modo da proteggerlo al meglio dall’ambiente esterno. Ad esempio, hanno costruito il rivelatore all’interno di una cisterna d’acqua sul fondo di un’ex miniera d’oro, dove uno spesso strato di roccia di un miglio protegge il sito dai raggi cosmici provenienti dallo spazio. I rivelatori esterni proteggono anche il rivelatore centrale dai neutroni di fondo. Da lì, una serie di strumenti computazionali aiuta a distinguere le interazioni tra le particelle e a scartare le attività che potrebbero simulare la materia oscura. Gli scienziati hanno lavorato per distinguere una potenziale WIMP dai fenomeni ordinari e noti che possono creare segnali simili a un’interazione di materia oscura. Questi segnali di fondo possono provenire da molteplici fonti, tra cui il decadimento radioattivo nei materiali del rivelatore o nello xeno stesso.
Serviranno ulteriori prove
Una rilevazione definitiva risolverebbe uno dei misteri più duraturi della fisica, fornendo al contempo la prova più concreta finora di una nuova fisica al di là del Modello Standard. Il nuovo risultato si basa solo su un quarto dei dati che LZ raccoglierà durante la sua vita operativa. Con ulteriori dati, gli scienziati potrebbero trovare prove che rafforzino o indeboliscano la possibilità di aver finalmente scoperto la materia oscura. LZ ha già accumulato il più grande set di dati al mondo sulla materia oscura e continuerà ad acquisire dati di ricerca, migliorando sostanzialmente le statistiche di ricerca.
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo “Dark matter detector picks up a mysterious signal” della Northwestern University
