Una fase della costruzione di Xenon1T. Crediti: Infn
L’esperimento Xenon1T, per la ricerca diretta di materia oscura ai Laboratori nazionali del Gran Sasso (Lngs) dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), ha presentato ieri, lunedì 28 maggio, i suoi nuovi risultati. «I dati osservati dall’esperimento – spiega Elena Aprile della Columbia University, a capo della collaborazione Xenon – sono in accordo con le previsioni del piccolo fondo atteso, vale a dire quegli eventi simili a un’interazione di particelle di materia oscura ma dovuti invece a particelle di natura nota, che dobbiamo essere in grado di riconoscere. Questo risultato – prosegue Aprile – permette di fissare un nuovo limite, più stringente, alle possibili interazioni con la materia ordinaria per le Wimp, la classe di candidati di particelle di materia oscura che ricerchiamo con il nostro esperimento».
«Il risultato si basa su una quantità di dati pari a 1 tonnellata per anno, una esposizione mai raggiunta in precedenza», sottolinea Marco Selvi, responsabile nazionale Infn dell’esperimento. «Xenon1T ha raggiunto così una sensibilità circa quattro ordini di grandezza migliore di quella ottenuta con Xenon10, il primo dei rivelatori del progetto Xenon, che aveva iniziato la sua attività ai Lngs nel 2005. Aumentando la massa del bersaglio dai 5 kg iniziali fino agli attuali 1300 kg, e contemporaneamente diminuendo il fondo di un fattore 5000», conclude Selvi, «la collaborazione Xenon si conferma alla frontiera della ricerca diretta di materia oscura».
La tecnologia di Xenon1T si basa su una camera a proiezione temporale a xenon liquido: è un rivelatore cilindrico, di circa un metro di diametro e altezza, riempito di xenon liquido alla temperatura di -95 °C, con una densità tre volte maggiore di quella dell’acqua. In Xenon1T la prova della interazione di una Wimp con un nucleo di xenon è data da un debole lampo di luce di scintillazione accompagnato da una “manciata” di elettroni, i quali a loro volta sono convertiti in un lampo di luce. Entrambi i segnali luminosi sono registrati grazie a fotosensori ultrasensibili, ottenendo l’informazione sulla posizione 3D e l’energia evento per evento.
Nello sviluppo di questo particolare tipo di rivelatori per la ricerca del raro segnale da Wimp è necessario superare molte sfide sperimentali. Prima e più rilevante è la riduzione del fondo proveniente da diverse sorgenti, dalla radioattività dei materiali fino ai raggi cosmici. Oggigiorno Xenon1T è il più grande rivelatore per la ricerca di materia oscura, e presenta il più basso fondo mai ottenuto, conteggiando solamente 630 eventi in una tonnellata di xenon in un anno, nella regione di bassa energia tipica delle Wimp. I risultati della ricerca, sottomessi alla rivista Physics Review Letters, provengono da un bersaglio di 1300 kg (dei 2000 kg totali attivi) e 279 giorni di acquisizione dati: per la prima volta un rivelatore a liquidi nobili ottiene una esposizione di 1 tonnellata per anno. Ci si attendono solamente due eventi dal fondo nel volume più interno, la regione più pura del rivelatore, ma non ne è stato osservato nessuno, permettendo così di ottenere il miglior limite per le Wimp di massa superiore a 6 GeV/c2. Xenon1T continua ad acquisire dati di alta qualità, e la ricerca proseguirà fino a che il rivelatore sarà migliorato con uno analogo di dimensioni maggiori, sviluppato sempre dalla collaborazione Xenon. Con un incremento in massa di un fattore quattro, e un’ulteriore riduzione del fondo di un ordine di grandezza, Xenon nT sarà pronto nel 2019 per iniziare una nuova esplorazione della materia oscura, con un livello di sensibilità che nessuno poteva immaginare quando il progetto è iniziato ai Lngs nel 2002.
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