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Il rivelatore LUX alla ricerca della materia oscura

Scritto da Annalisa Arci il 21.02.2014

Si è aperto un nuovo capitolo nell’accesa corsa all’individuazione della materia oscura, l’elusivo ‘ingrediente’ che, secondo le attuali teorie, costituirebbe tra il 20 e il 25% della massa totale dell’universo. Come è nato il nostro universo? Come si sta evolvendo? Come e quando finirà? Gli scienziati sono convinti che la materia oscura sia un importante tassello per comporre il puzzle che ci consegnerà le risposte.

I primi risultati della ricerca di materia oscura dal rivelatore LUX (Large Underground Xenon experiment), l’apparato installato nel cuore di una miniera d’oro nel Sud Dakota (USA), sono stati annunciati lo scorso ottobre. 

New calibration confirms LUX dark matter results

Il rivelatore di LUX. (Crediti: Matt Kapust/Sanford Underground Research Facility).

Si tratta di un dispositivo capace di registrare il passaggio di particelle massicce debolmente interagenti con la materia ordinaria (le Weakly Interacting Massive Particles, WIMPs). Il sensibilissimo rivelatore di LUX, composto da un termos alto un metro e mezzo e riempito di 300 kg di xenon liquido alla temperatura di 100 gradi sotto zero, è stato calato nel cuore di una miniera d’oro abbandonata, un chilometro e mezzo sotto la superficie, per schermarlo da possibili segnali spuri prodotti dai raggi cosmici. Per minimizzare anche quelli dovuti alla radioattività naturale, è stato ulteriormente circondato da un contenitore riempito da 300.000 litri di acqua ultra pura.

Il rilevatore ha dimostrato di essere estremamente sensibile, ma non ha trovato prove delle particelle di materia oscura nel suo primo run di 90 giorni. Come abbiamo detto, questo non è tecnicamente un risultato negativo, in quanto ha permesso di escludere una vasta gamma di candidati per la materia oscura. Ora i ricercatori sono impegnati in vari interventi per calibrare meglio le apparecchiature di LUX in modo che possa catturare WIMPs di massa molto più piccola rispetto al passato. I nuovi risultati sono stati presentati mercoledì 19 febbraio 2014 al Lake Louise Winter Institute ad Alberta, in Canada, e confermano quanto emerso dalle prime osservazioni, come afferma Rick Gaitskell, fisico della Brown University negli Stati Uniti, e uno dei portavoce della collaborazione LUX.

“Le nuove calibrazioni hanno permesso di aumentare l’accuratezza delle misure di LUX di 10 volte e dimostrano che i primi risultati nella ricerca della materia oscura, che non hanno mostrato traccia della presenza di particelle di piccola massa, sono assolutamente solidi”. LUX è stato infatti progettato proprio per registrare le rare occasioni in cui una WIMP interagisce con la materia: nel loro passaggio nel serbatoio le WIMP, seppure in rarissime occasioni, dovrebbero scontrarsi con i nuclei degli atomi di xenon. Tali urti generano un piccolo lampo di luce e uno ione, che vengono identificati dai sensori di LUX. Nonostante questa ennesima conferma dell’assenza di risultati, gli scienziati ricordano che è assolutamente necessario continuare a calibrare al meglio gli strumenti: solo in questo modo sarà possibile ottenere risultati certi che riconoscono i segnali spuri dagli eventi di interazione di WIMP.

Negli ultimi mesi ricercatori e tecnici dell’esperimento si sono concentrati su questo aspetto: “abbiamo assolutamente bisogno di calibrare il nostro rivelatore secondo come dovrebbe apparirci un’interazione con una WIMP. Abbiamo lavorato per riuscire a conoscere con il massimo grado di precisione la risposta del rivelatore quando avviene un’interazione tra WIMP e materia ordinaria”, ha spiegato ha detto James Verbus  della collaborazione LUX durante la presentazione dei nuovi risultati in Canada. Il team di LUX è, sotto questi aspetti, solo all’inizio, visto che nei prossimi mesi l’apparato riprenderà la sua attività per un periodo ininterrotto di un anno e con una sensibilità molto più elevata.

 

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