Due dei 488 tubi fotomoltiplicatori (PMTs) utilizzati dall’esperimento LZ per rilevare i segnali (fonte: http://lz.lbl.gov)
Con la bandiera europea ormai saldamente piantata sul bosone di Higgs, l’obiettivo degli Stati Uniti, nel campo della fisica delle particelle, è ora più che mai la materia oscura. Per arrivare primi nella caccia alle entità responsabili di quel quarto abbondante d’universo, sono pronti ad aprire il portafogli. Senza scialacquare, intendiamoci: stiamo parlando di finanziamenti che, nel complesso, non arrivano ai 100 milioni di dollari. Ma il fatto che il Department of Energy e la National Science Foundation, dovendo scegliere a quale esperimento affidare l’onore e l’onere di rappresentare la seconda generazione di rivelatori per la dark matter, abbiano alla fine deciso di finanziarne tre, come possiamo leggere sulle pagine di Symmetry, lascia intuire quanto siano determinati a non lasciare scoperto il fianco agli esperimenti rivali.
Una decisione molto attesa, questa delle due agenzie, vista la quantità di candidati in gara — fra i quali, come riporta Adrian Cho nella lista degli esclusi, anche l’esperimento DarkSide del Gran Sasso. A uscirne premiati, tre progetti dai profili abbastanza diversi, sia per tecnologie sia per obiettivi scientifici: LUX-Zeplin (LZ), SuperCDMS e ADMX-Gen2. Tutt’e tre evoluzioni tecnologiche di altrettanti esperimenti già attivi, sono pronti a entrare in funzione da qui alla fine del decennio. Vediamone in breve le caratteristiche più salienti.
Ad accaparrarsi il grosso dei finanziamenti, circa 55 milioni di dollari, è LUX-Zeplin (LZ), l’erede designato dell’esperimento Large Underground Xenon (LUX). Come il predecessore, sorgerà nelle profondità del South Dakota, presso la Sanford Underground Research Facility, a 1480 metri sotto terra. E a rilevare l’eventuale passaggio di WIMPs – in particolare, di WIMPs “pesanti”, con massa pari a centinaia di volte quella d’un protone – saranno 7 tonnellate di xenon liquido: un volume, dunque, venti volte superiore a quello di LUX, che di xenon ne ospita 350 kg. Per un miglioramento atteso, in termini di prestazioni, ancora più significativo. «Già ora, con LUX, disponiamo del rivelatore più sensibile al mondo. LZ sarà centinaia di volte più sensibile», promette Daniel McKinsey, del Dipartimento di fisica della Yale University, dove il grosso di LUZ-Zeplin verrà realizzato. «È gratificante vedere che il nostro approccio è stato ritenuto valido».
Una trentina di milioni di dollari andrà invece alla versione rafforzata di CDMS, SuperCDMS, che per l’occasione traslocherà dalla miniera Soudan – nel Minnesota, dove sarà collocato in fase di test – a quella della Vale nel Sudbury, in Canada. Identico l’obiettivo, le WIMP, ma di taglia extralight: a differenza di LZ, SuperCDMS dovrebbe infatti concentrarsi su quelle con massa paragonabile a quella del protone. Diversa anche la tecnologia: al posto dello xenon liquido, 50 kg (per iniziare) di solidi rivelatori al germanio.
Di concezione completamente diversa, nonché di costo assai più contenuto, il terzo e ultimo esperimento sovvenzionato, ADMX-Gen2. Le entità alle quali darà la caccia non sono infatti le WIMP, bensì gli ancor più esotici assioni: ipotetiche particelle elementari la cui conversione in fotoni, necessaria a testimoniarne il transito, è affidata a una tecnologia basata sul rilevamento, tramite una cavità per microonde, delle interazioni fra un potente campo magnetico generato dallo stesso ADMX e la materia oscura dominante nell’alone galattico.
Infine, proprio a proposito di alone galattico, e a conferma del fermento attorno alla materia oscura, vale la pena segnalare due articoli – non ancora pubblicati – caricati negli ultimi giorni su arXiv. Nel primo, “Fitting the annual modulation in DAMA with neutrons from muons and neutrinos”, l’autore suggerisce che il segnale rilevato al Gran Sasso, sotto forma di modulazione stagionale, dall’esperimento a guida italiana DAMA possa essere attribuito non a particelle di dark matter ma ai neutroni prodotti dall’interazione fra muoni atmosferici e neutrini solari. Di tutt’altro avviso l’articolo “Can dark matter – electron scattering explain the DAMA annual modulation signal?”, che punta invece il dito verso lo scattering fra materia oscura ed elettroni, anch’esso potenzialmente in grado di rendere conto della modulazione stagionale.