Il nuovo, ambizioso esperimento per cercare la materia oscura / The new, ambitious experiment to search for dark matter
Il nuovo, ambizioso esperimento per cercare la materia oscura / The new, ambitious experiment to search for dark matter
Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa
Nelle profondità del South Dakota è da poco partita la più imponente ricerca di sempre. Risultati, al momento: zero. Ma gli studiosi sono fiduciosi.
Materia oscura, si (ri)parte. C’è chi dice che si manifesta sotto forma di particelle debolmente interagenti, chi per spiegarla scomoda un “universo specchio”, chi parla addirittura di “relitti dello spazio-tempo”. Fatto sta che, al momento, secondo le teorie più accreditate la materia oscura – qualsiasi cosa sia – dovrebbe rappresentare circa l’85% della materia totale dell’Universo, eppure non l’abbiamo ancora vista direttamente. Mai dire mai, comunque: alle decine di esperimenti in corso in tutto il mondo se ne è appena aggiunto un altro, probabilmente il più ambizioso mai tentato. Si chiama Lux-Zeplin (Lz), è costato sessanta milioni di dollari e si trova nelle profondità del South Dakota, in un’ex miniera d’oro. Gli occhi di Lux-Zeplin, hanno appena raccontato i ricercatori che fanno parte della collaborazione internazionale che lo coordina (250 scienziati provenienti da 35 diversi istituti di ricerca), si sono aperti due mesi fa per cominciare a raccogliere le prime informazioni. Risultati, al momento: zero. Ma gli scienziati sono fiduciosi che nei prossimi mesi le cose potrebbero cambiare.
Il motivo di tanto affanno nella ricerca di questa elusivissima “materia oscura” è presto detto. Da molto tempo, infatti, diverse osservazioni sperimentali (in particolare relative alla velocità di rotazione delle stelle attorno alle galassie) hanno mostrato che l’Universo non può essere composto dalla sola materia “ordinaria”, quella i cui componenti sono descritti dalle equazioni del modello Standard delle particelle elementari, l’impianto teorico al momento più solido per descrivere la natura e le interazioni di tutto quello che ci circonda. Per quanto bellissimo, insomma, il Modello Standard sembra essere incompleto: l’unico modo per colmare questa lacuna è assumere che esista anche un altro tipo di materia, che si comporta diversamente da quella ordinaria e che sfugge alle osservazioni, ed a cui proprio per questo i fisici hanno attribuito l’aggettivo oscura. In particolare, oggi si stima che per ogni protone, neutrone e altra particella di materia ordinaria ce ne debbano essere almeno altre cinque di materia oscura. Che per l’appunto dovrebbe costituire circa l’85% della materia presente nell’Universo, e circa il 27% della sua massa totale. Ma dove si trova? E perché non l’abbiamo ancora mai vista? Il problema è che le particelle di materia oscura, per quel che sappiamo, sono estremamente sfuggenti: basti pensare che, se si avesse a disposizione un enorme cubo di piombo con gli spigoli lunghi 200 anni luce, una singola particella di materia oscura avrebbe il 50% di probabilità di passarvi attraverso senza interagire con nulla. Insomma, qualsiasi cosa sia, la materia oscura riesce a nascondersi molto bene.
Qui entra in scena Lux-Zeplin. Cominciamo dalla fine, cioè dal comunicato degli scienziati: “Non abbiamo ancora visto la materia oscura – ha spiegato Frank Wolfs, docente alla University of Rochester e tra i coordinatori dell’esperimento – “ma i primi risultati di Lux-Zeplin ci confermano che è attualmente il rivelatore più sensibile al mondo. Continueremo a raccogliere dati per circa mille giorni, migliorando ulteriormente la sensibilità dello strumento: ci auguriamo in questo modo di riuscire a osservare qualcosa”. Con “primi risultati” Wolfs si riferisce alla raccolta dati della run iniziale dell’esperimento, condotta più che altro a mo’ di collaudo, per assicurarsi che tutto funzioni a dovere. Gli strumenti di Lux-Zeplin si trovano a circa un chilometro e mezzo di profondità, dove il sensibilissimo rivelatore è schermato da possibili “interferenze” (per esempio tutte le particelle di materia ordinaria, il cui “rumore” sommergerebbe facilmente i debolissimi vagiti delle particelle di materia oscura) da tutta la roccia soprastante. Nello specifico, l’esperimento è stato progettato per osservare le cosiddette Wimp, acronimo di “particelle massive debolmente interagenti”, servendosi di due grandi serbatoi riempiti con dieci tonnellate di xeno allo stato liquido altamente purificato, uno degli elementi più rari della Terra. Gli atomi di xeno hanno la proprietà di produrre luce con un certo tipo di interazioni, tra cui per l’appunto ci dovrebbero essere anche quelle con le Wimp; questa luce viene poi raccolta e amplificata da circa 500 tubi fotomoltiplicatori e infine trasformata in un segnale elettrico. Se una Wimp dovesse “scontrarsi” con un atomo di xeno, sostanzialmente, creerebbe un lampo di luce e un segnale elettrico dalla firma inconfondibile.
Quanto sia probabile riuscire effettivamente a osservare questa “firma” in un tempo ragionevole è cosa molto difficile a dirsi. Per quanto ottimisti, gli scienziati – forse anche per un pizzico di scaramanzia – restano per ora con i piedi per terra: “Entro la fine dell’esperimento – ha raccontato nel corso della conferenza stampa di presentazione dei dati preliminari Hugh Lippincott, portavoce dell’esperimento – stimiamo che le probabilità di osservare la materia oscura sia minore del 50%, ma superiore al 10%”. Il che può oggettivamente sembrare poco, ma è già qualcosa: “Quello che ci serve ora è un po’ di entusiasmo – aggiunge al Guardian Kevin Lesko, fisico del Lawrence Berkelay National Laboratory – Non si può cominciare una ricerca così difficile senza la speranza di trovare qualcosa”. Ce lo auguriamo.
ENGLISH
In the depths of South Dakota, the most impressive quest ever has just started. Results at the moment: zero. But scholars are confident.
Dark matter, it (re) departs. There are those who say that it manifests itself in the form of weakly interacting particles, some who, to explain it, are uncomfortable with a "mirror universe", who even speak of "wrecks of space-time". The fact is that, at the moment, according to the most accredited theories, dark matter - whatever it is - should represent about 85% of the total matter of the Universe, yet we have not yet seen it directly. Never say never, however: to the dozens of experiments underway around the world, another has just been added, probably the most ambitious ever attempted. It's called Lux-Zeplin (Lz), it cost sixty million dollars and is located in the depths of South Dakota, in a former gold mine. The eyes of Lux-Zeplin, have just told the researchers who are part of the international collaboration that coordinates it (250 scientists from 35 different research institutes), opened two months ago to begin collecting the first information. Results at the moment: zero. But scientists are confident that things could change in the coming months.
Where is all this matter?
The reason for so much trouble in the search for this elusive "dark matter" is soon said. For a long time, in fact, various experimental observations (in particular relating to the speed of rotation of stars around galaxies) have shown that the Universe cannot be composed only of "ordinary" matter, the one whose components are described by the equations of the model Standard of elementary particles, the theoretical framework at the moment more solid to describe the nature and the interactions of everything that surrounds us. In short, as beautiful as it is, the Standard Model seems to be incomplete: the only way to fill this gap is to assume that there is also another type of matter, which behaves differently from the ordinary one and which escapes observations, and which precisely for this reason physicists have attributed the adjective dark. In particular, today it is estimated that for every proton, neutron and other particle of ordinary matter there must be at least five more of dark matter. Which precisely should make up about 85% of the matter present in the Universe, and about 27% of its total mass. But where is it? And why have we never seen it yet? The problem is that dark matter particles, as far as we know, are extremely elusive: just think that, if you had a huge lead cube with edges 200 light years long, a single dark matter particle would have 50 % chance of going through it without interacting with anything. In short, whatever it is, dark matter manages to hide very well.
South Dakota: from gold to dark matter fever
This is where Lux-Zeplin comes in. Let's start from the end, that is, from the scientists' statement: "We have not yet seen dark matter - explained Frank Wolfs, professor at the University of Rochester and one of the coordinators of the experiment -" but the first results of Lux-Zeplin confirm that it is currently the most sensitive detector in the world. We will continue to collect data for about a thousand days, further improving the sensitivity of the instrument: in this way we hope to be able to observe something ". With "first results" Wolfs refers to the data collection of the initial run of the experiment, conducted more than anything else by way of testing, to make sure that everything is working properly. Lux-Zeplin's instruments are located about a kilometer and a half deep, where the highly sensitive detector is shielded from possible "interference" (for example, all the particles of ordinary matter, whose "noise" would easily submerge the very faint wailing of the particles of dark matter) from all the rock above. Specifically, the experiment was designed to observe the so-called Wimp, an acronym for "weakly interacting massive particles", using two large tanks filled with ten tons of highly purified liquid xenon, one of the rarest elements on Earth. The xenon atoms have the property of producing light with a certain type of interactions, among which there should also be those with the Wimp; this light is then collected and amplified by about 500 photomultiplier tubes and finally transformed into an electrical signal. If a Wimp were to "collide" with a xenon atom, essentially, it would create a flash of light and an electrical signal with an unmistakable signature.
How likely it is to actually be able to observe this "signature" in a reasonable time is very difficult to say. Although optimistic, the scientists - perhaps even for a pinch of superstition - remain with their feet on the ground for now: "By the end of the experiment - Hugh Lippincott, spokesman for the experiment - we estimate that the probability of observing dark matter is less than 50%, but greater than 10% ”. Which objectively may seem little, but it is already something: "What we need now is a little enthusiasm - adds to the Guardian Kevin Lesko, physicist at Lawrence Berkelay National Laboratory - We cannot begin such a difficult research without the hope of find something ". We hope so.
Da:
https://www.wired.it/article/materia-oscura-nuovo-ambizioso-esperimento-south-dakota/?uID=982a2e5e6c23a465c198026873f12240316e62e0ca4466acaa7c428e30ee2fc5&utm_brand=wi&utm_campaign=daily&utm_mailing=WI_NEWS_Daily%202022-07-17&utm_medium=email&utm_source=news&utm_term=WI_NEWS_Daily
Thanks
RispondiElimina