L'EFFETTO DELLA MODULAZIONE ANNUALE

XMASS: i primi risultati sulla materia oscura

I risultati preliminari dell'esperimento giapponese XMASS contraddicono i dati di un altro precedente test sulla modulazione annua di un segnale che potrebbe essere correlato alla presenza di materia oscura. E' quanto emerge dalla conferenza Topics in Astroparticle and Underground Physics che si sta svolgendo in questi giorni a Torino

Un esperimento concepito allo scopo di verificare se alcuni segnali associati alla presenza di materia oscura variano nel corso dell’anno ha fornito risultati contraddittori rispetto a un test precedente. È quanto emerge dalla conferenza Topics in Astroparticle and Underground Physics (TAUP 2015) che si sta svolgendo in questi giorni a Torino.

WIMP_grafico_XMASS

Il grafico mostra il confronto delle sezioni d’urto nucleone-WIMP relativi agli esperimenti presenti e passati. La linea nera con la sigla XMASS mostra il limite superiore al 90% del livello di confidenza ottenuto dall’analisi della modulazione annua. Le bande color verde (1σ) e giallo (2σ) indicano la sensibilità dell’analisi dei dati. Credit: XMASS Collaboration

Sappiamo che esistono delle forti evidenze sull’esistenza della materia oscura, quell’enigmatica componente che rappresenta circa un quarto del contenuto materia-energia dell’Universo, ma nessuno finora è stato mai in grado di rivelarla. Tra le varie ipotesi proposte, si ritiene che essa possa consistere di un certo tipo di particella esotica la cui miglior candidata, ad oggi, è conosciuta con la sigla WIMP che sta per Weakly Interacting Massive Particle. Alcuni risultati positivi sono già stati riportati in passato dall’esperimento italiano DAMA/LIBRA, che ha trovato un segnale con un periodo di modulazione pari a un anno.

Di recente, i fisici che lavorano all’esperimento XMASS (Xenon detector for weakly interacting MASSive particles) di Kamioka, in Giappone, hanno trascorso 16 mesi (Novembre 2013 – Marzo 2015) durante i quali hanno raccolto tutta una serie di dati. L’esperimento consiste di 832 Kg di xeno liquido, il materiale di riferimento con il quale dovrebbero interagire le particelle di materia oscura. Il rivelatore è sensibile non solo al “segnale di rinculo” delle particelle WIMP ma anche ai segnali gamma e a quelli degli elettroni emessi, ad esempio, a seguito delle interazioni con gli elettroni presenti negli atomi di xeno di altre eventuali particelle candidate.

I dati mostrano l’ampiezza osservata della variazione stagionale (asse verticale) in funzione dell’energia (asse orizzontale). Le bande color verde (1σ) e giallo (2σ) indicano la probabilità della fluttuazione di fondo. Credit: XMASS Collaboration

Dall’analisi dei risultati ottenuti, che è stata eseguita utilizzando un modello indipendente di materia oscura, è stato trovato un effetto di modulazione debole, ma i ricercatori dichiarano che ciò potrebbe essere dovuto ad una fluttuazione di fondo. Effettuando, invece, l’analisi dei dati assumendo un modello dipendente in cui le particelle di materia oscura siano proprio le WIMP, i ricercatori hanno posto dei limiti allo spettro di energia rispetto al segnale atteso trovando, però, che i loro risultati differiscono in maniera significativa da quelli dell’esperimento italiano.

Insomma, si tratta di risultati preliminari di una ricerca più estesa il cui obiettivo è quello di esplorare questo effetto di modulazione annuale causato dal moto di rivoluzione della Terra. Il passo successivo sarà ora quello di raccogliere ulteriori dati per ridurre l’incertezza sistematica e migliorare i risultati di XMASS.


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