Un nuovo esperimento per trovare la materia oscura

Nonostante ci siano diverse prove che ne suggeriscono l’esistenza, non siamo ancora mai riusciti a trovare la materia oscura. Non vuol dire che però non ci stiamo provando, anzi. Negli Stati Uniti è partito ad esempio un nuovo esperimento, chiamato LUX-ZEPLIN, proprio per cercare la materia oscura con una sensibilità mai vista prima.

LUX-ZEPLIN alla ricerca della materia oscura

Facciamo un passo indietro: cos’é la materia oscura? Dietro questo nome c’è una teoria, la più accreditata al momento, per spiegare una serie di anomalie gravitazionali osservate dagli astronomi. In diversi aspetti le galassie si comportano, infatti, come se avessero più massa di quella osservabile. Dalla velocità di rotazione delle stelle più esterne delle galassie agli effetti di lente gravitazionale, sembra esserci qualcosa in più, che però non riusciamo a vedere.

È stata quindi teorizzata l’esistenza della materia oscura, una o più particelle, una famiglia magari, dotate di massa e capaci di interagire gravitazionalmente, ma non interagenti da un punto di vista elettromagnetico (quindi intangibili e invisibili). Se esitesse, la materia oscura sarebbe tutta intorno a noi, visto che è una componente importante anche della nostra galassia. Non solo: si stima componga circa l’85% della massa di tutto l’universo, contro il 15 % della materia ordinaria.

Oltre ad osservarne i suoi effetti, vorremmo poter rilevare direttamente la materia oscura per confermarne definitivamente l’esistenza. La speranza è che questa sia almeno interagente da un punto di vista della forza debole. Questo teoria vede quindi la materia oscura composta da WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), ed è questa l’ipotesi dietro i vari esperimenti di rilevazione.

Alta sensibilità

Il LUX-ZEPELIN (LZ) si trova nella Sanford Underground Research Facility sotto le Black Hills, in South Dakota. In questi giorni sono terminati i primi test di avvio, che precedono l’inizio del suo lavoro di rilevazione.

LZ si compone di due cisterne in titanio innestate riempite da dieci tonnellate di xeno liquido purissimo. Intorno sono disposti due schiede di tubi fotomoltiplicatori (PMT) capaci di rilevare fonti di luce anche debolissime. Intorno sono disposti anche una serie di rilevatori capace di rilevare particelle che potrebbero dare un segnale simile alla materia oscura, per eventualmente scartare i segnali dovute ad esse. La posizione sotterranea, a circa 1.5 km di profondità, scherma l’esperimento dalla radiazione cosmica presente in superficie.

Una WIMP che collidesse con un atomo di xenon produrrebbe una oscillazione visibile, dei lampi di luce, che sarebbero rivelati dal PMT. La collissione farebbe separare anche degli elettroni dall’atomo, che grazie ad un campo elettrico sarebbero direzioni verso il soffitto della cisterna, dove emetterebbero un altro flash di luce, utile per ricostruire il punto dell’impatto.

L’esperimento ha un set-up simile a quello di XNONnT (in Italia, nel Laboratorio Nazionale del Gran Sasso) e di PandaX-4T in Cina. Ma, dopo il suddetto test di circa tre mesi, i ricercatori hanno già determinato come LZ sia il rilevatore più sensibile di tutti, nonostante non si sia stato ancora trovato nulla.

Le operazioni sono comunque iniziate, ed è previsto vadano avanti cinque anni. Ci vorrà un po’ per avere un’eventuale conferma, anche nel caso fossero rilevate delle interazioni (potete però seguirne i progressi dal sito ufficiale dell’esperimento). Sia nel caso di successo che di fallimento, comunque, avremo imparato qualcosa in più riguardo ad un pezzo fondametale e misterioso del nostro universo.

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