AI LABORATORI DEL GRAN SASSO

Xenon1T, il cacciatore di materia oscura

È stato inaugurato oggi l'esperimento il cui obiettivo è decifrare uno dei misteri della fisica contemporanea: di che cosa è fatta la materia che compone un quarto dell'universo. Continua così lo studio iniziato con Xenon100

dav

Uno scorcio dell’esperimento Xenon1T all’interno dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso

Fisici provenienti da 21 gruppi di ricerca in tutto il mondo (da Italia, Stati Uniti, Germania, Svizzera, Portogallo, Francia, Paesi Bassi, Israele, Svezia, Abu Dhabi e altri paesi) hanno partecipato – presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) – all’inaugurazione di XENON1T, l’esperimento che potrebbe aprire una nuova finestra sul cosmo rivelando qualche segreto sulla sfuggente materia oscura. XENON1T è una collaborazione internazionale e il gruppo italiano che partecipa all’esperimento è costituito, insieme ai Laboratori del Gran Sasso, dalle sezioni INFN e dalle Università di Bologna e Torino.

Con lo slogan ambizioso “Illuminare l’oscurità”, i ricercatori che lavorano all’esperimento XENON1T vogliono capire di cosa sia fatta la materia che costituisce circa un quarto dell’Universo, ma che è ancora un mistero nella sua composizione: per ora si sa che è cinque volte più abbondante della materia ordinaria e che esiste, non assorbe, né emette luce. Quello che i fisici non sanno è quale sia la sua natura. Chi lavora a XENON1T lo definisce una vera e propria trappola per la materia oscura. «Per vedere le rare interazioni delle particelle di materia oscura con un rivelatore, è necessario costruire uno strumento con una grande massa e una radioattività estremamente bassa – ha spiegato Elena Aprile, della Columbia University di New York, a capo della collaborazione internazionale – altrimenti, il rischio è non avere alcuna chance di distinguere un evento dovuto alla materia oscura fra tanti altri segnali che costituiscono il rumore di fondo».

Quello inaugurato oggi è il “fratello maggiore” di Xenon100, uno dei quattro esperimenti per la materia oscura installati nei Laboratori del Gran Sasso. «I Laboratori sotterranei del Gran Sasso, che garantiscono uno schermo molto efficace di roccia, di spessore di circa 1400 metri, si arricchiscono oggi di un nuovo sofisticatissimo strumento per la rivelazione della sfuggente materia oscura», ha detto Stefano Ragazzi, direttore dei LNGS. «Grazie a questo rivelatore, che permetterà l’esplorazione di regioni al momento inaccessibili, i nostri Laboratori si confermano un luogo privilegiato per questo tipo di ricerche e una delle infrastrutture di ricerca più preziose e d’avanguardia a livello mondiale»

Gabriella Sartorelli, coordinatrice del gruppo di ricercatori italiani, ha sottolineato: «Noi prevediamo che circa 100.000 particelle di materia oscura attraversino ogni secondo una superficie pari a quella di un’unghia.  Il fatto che non le abbiamo già osservate ci dice, tuttavia, che la loro probabilità di interagire con gli atomi dei nostri rivelatori è molto piccola, e che abbiamo, pertanto, bisogno di strumenti più grandi e più sensibili per trovare le rare firme di queste particelle». E ancora: «L’esperimento è concepito per ospitare 7,6 tonnellate di xenon, più del doppio della capacità di XENON1T, perché nel prossimo futuro vogliamo essere preparati ad aumentare la sua sensibilità con un rivelatore di massa più grande», ha concluso Sartorelli.

COME FUNZIONA XENON1T? – Per catturare le particelle di materia oscura, i fisici di XENON1T hanno bisogno di condizioni particolari, per questo sono stati scelti i Laboratori del Gran Sasso, uno scudo naturale di roccia che scherma i raggi cosmici, preservando così quello che i fisici chiamano “silenzio cosmico”. Ma la schermatura della sola montagna non è sufficiente. I ricercatori hanno scelto di utilizzare un gas nobile ultrapuro, lo xenon per l’appunto, raffreddato a una temperatura molto bassa, -95 0C, per mantenerlo allo stato liquido. Il rivelatore (la Camera a Proiezione di Tempo, TPC) è in grado di dare un segnale quando le particelle interagiscono al suo interno. Il rivelatore è immerso in un criostato, un thermos, in acciaio inossidabile a bassa radioattività, contenente circa 3500 kg di xenon liquido. Per garantire una schermatura dalla radioattività ambientale, e dai muoni cosmici che possono produrre un ulteriore fondo all’interno del rivelatore, il thermos è a sua volta immerso in 700 m3 d’acqua ultrapura, all’interno di un contenitore alto circa 10 m, come un palazzo di tre piani, attrezzato con 84 fotomoltiplicatori che servono per rivelare il passaggio dei muoni cosmici.

«L’inizio della presa dati di XENON1T è previsto per la fine dell’anno, – ha detto Walter Fulgione, dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso – e ci sono tutte le premesse non solo per verificare altri modelli di materia oscura, oltre a quello che prevede che sia costituita da WIMP (Weakly Interacting Massive Particle), ma soprattutto per riuscire finalmente a rivelarla. La raccolta dei dati durerà due anni, ma i fisici di XENON1T stanno già guardando oltre».