L’esperimento XENON100, in funzione ai Laboratori del Gran Sasso dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN) conferma con i suoi nuovi risultati di essere l’apparato più sensibile al mondo nella ricerca delle cosiddette WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) le particelle principali candidate a costituire la misteriosa “materia oscura”.
I nuovi dati, relativi a cento giorni di osservazione, sono stati recentemente illustrati ai Laboratori del Gran Sasso da Elena Aprile della Columbia University, fondatrice e leader della collaborazione internazionale che ha dato vita all’esperimento.
‘’In quei cento giorni – spiega Elena Aprile – ci aspettavamo di osservare circa due eventi provenienti dalla radiazione di fondo. Ne abbiamo visti tre, quindi non c’è ancora nessuna evidenza, ma la ricerca continua, e gli ulteriori dati che stiamo già prendendo ci porteranno più vicini a un’eventuale scoperta. Ma già adesso – continua Elena Aprile – i risultati ottenuti pongono i vincoli più stringenti al mondo, sulle interazioni di tipo “elastico” delle WIMP con la materia ordinaria. E questo grazie alle prestazioni straordinarie del nostro rivelatore, nel quale siamo riusciti a ridurre il fondo radioattivo a livelli senza precedenti’’.
Come noto da anni, osservazioni di carattere cosmologico provenienti da varie fonti, indicano che la materia ordinaria costituisce solamente il 17% della massa dell’Universo. L’83% di tutta la materia presente nel Cosmo sarebbe invece composto da una forma nuova e ancora non osservata di materia, la cosiddetta materia oscura. Una possibile spiegazione, favorita anche da plausibili estensioni dell’attuale ‘modello standard’ delle particelle elementari, è che la materia oscura sia costituita da particelle, le WIMP (Weakly Interacting Massive Particles, in italiano “particelle massive debolmente interagenti”), distribuite in un enorme alone che avvolge la nostra galassia. L’informazione mancante per confermare l’attuale immagine del Cosmo è attesa proprio dalla rivelazione diretta di queste particelle. Il vento di particelle WIMP dovuto al movimento della Terra nell’alone galattico di materia oscura, può occasionalmente colpire i nuclei di Xenon del rivelatore, depositando così una piccola quantità di energia che può essere rivelata con i dispositivi ultrasensibili di cui l’esperimento è dotato.
XENON100 è in funzione dall’ottobre 2009; l’esperimento utilizza circa 160 chilogrammi di gas Xenon liquido, alla temperatura di 90 gradi sotto lo zero. Rivelatori di luce sensibilissimi (chiamati fotomoltiplicatori), immersi nel gas liquefatto, sono in grado di rivelare anche i minimi segnali di luce derivanti dai deboli urti delle particelle di materia oscura con i nuclei di Xenon. Con una tecnica particolare è possibile distinguere questi segnali da altri causati dalla radioattività ambientale. Proprio per ridurre al minimo questa fonte di “rumore”, XENON100 si trova nei laboratori INFN, al di sotto dei 1400 metri di roccia di Monte Aquila, nel Parco Nazionale del Gran Sasso. Questo strato di roccia consente di ridurre, assorbendolo, il flusso della radiazione cosmica di un milione di volte. Tuttavia, ciò non è ancora sufficiente per raggiungere la sensibilità richiesta da un esperimento di questo tipo. XENON100 è pertanto ulteriormente schermato da strati di piombo, polietilene e rame, e tutti i materiali scelti per la sua costruzione sono stati accuratamente selezionati per minimizzarne la radioattività.
La collaborazione XENON si compone di 60 scienziati di 14 istituzioni scientifiche statunitensi, cinesi, francesi, tedesche, israeliane, olandesi, portoghesi e svizzere. Anche ricercatori italiani, dei Laboratori del Gran Sasso, di Bologna e Torino, partecipano all’esperimento.
“In questi giorni gli occhi del mondo scientifico internazionale sono di nuovo puntati sui Laboratori del Gran Sasso dell’INFN – ha commentato Lucia Votano, direttore dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso – grazie ai nuovi dati dell’esperimento XENON100. I risultati illustrati durante la riunione del Comitato Scientifico internazionale del Laboratorio non mostrano ancora segnali di evidenza di materia oscura, ma grazie alla straordinaria sensibilità dell’esperimento restringono moltissimo la ‘’zona di caccia’’ delle cosiddette WIMP, le particelle più accreditate a costituire la materia oscura. La ricerca proseguirà e la Collaborazione XENON ha già presentato al Gran Sasso la proposta di un apparato molto più sensibile. Il Laboratorio del Gran Sasso, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare costituisce la struttura più importante al mondo per condurre esperimenti di fisica delle particelle in ambiente sotterraneo. In particolare, ospita 4 tra i più importanti rivelatori dedicati alla ricerca della materia oscura. Oltre a XENON, sono presenti gli esperimenti CRESST, DAMA e WARP.
