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XENON1T: il rivelatore di particelle per la materia oscura

Ha cominciato a operare nei laboratori sotto il Gran Sasso, con risultati che gli scienziati hanno definito senza precedenti

Si chiama XENON1T, pesa più di tre tonnellate, e si trova nel sottosuolo abruzzese, sotto il Gran Sasso nei Laboratori Nazionali dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, dove è ben schermato dai raggi cosmici e da altre radiazioni che potrebbero perturbare il suo funzionamento.

Oltre a essere il rivelatore di particelle più grande al mondo, è anche il più sensibile e all’avanguardia nel suo campo.

Che è quello di rilevare la presenza della materia oscura nel cosmo, un “elemento” cinque volte più abbondante della materia ordinaria che costituisce stelle, pianeti e tutto quello che vediamo nell’Universo, ma che ancora sfugge all’osservazione diretta.

Cos’è la materia oscura

Come suggerisce il nome è “invisibile” perché non emette luce né altro tipo di radiazione, ma si fa “vedere” solo tramite gli effetti che produce su stelle e galassie: esercita infatti su di loro una grande forza gravitazionale in grado di modificare il loro moto.

Da decenni gli scienziati stanno cercando di capire da cosa è composta questa misteriosa materia, che costituisce la gran parte della massa dell’intero Universo e senza la cui presenza non si potrebbero spiegare sia la formazione delle galassie dopo il Big Bang, sia la loro stabilità: la materia normale non è infatti sufficiente a produrre la necessaria forza gravitazionale per mantenerle unite.

Alla ricerca di particelle molto sfuggenti

Secondo le moderne teorie della fisica ad ogni interazione deve corrispondere una particella fondamentale che ne fa da tramite: per la luce, per esempio, la propagazione avviene grazie ai fotoni.

Ma qual è la particella invece che si associa alla materia oscura? Gli scienziati hanno teorizzato l’esistenza di corpuscoli chiamati WIMPS (Weakly Interacting Massive Particles) che pur essendo molto più massicci di altre particelle elementari sono molto refrattari a interagire con la materia ordinaria.

E qui entra in gioco XENON1T. Il suo scopo infatti è proprio rilevare le debolissime interazioni delle WIMPS con la materia normale.

Quando questo succede viene emesso un flebile lampo di luce, che permette di studiare energia e posizione delle particelle.

Come è fatto XENON1T

Per raccogliere queste emissioni, e quindi misurare le proprietà delle WIMPS, il rilevatore (come suggerisce il nome) contiene una tonnellata di xeno (un gas raro) che un criostato consente di mantenere a una temperatura di meno novantacinque gradi, cioè abbastanza freddo per rimanere allo stato liquido.

Infatti, proprio per la refrattarietà delle WIMPS a interagire con la materia, serve una grossa quantità di quest’ultima da usare come bersaglio per “catturarle”.

È inglobato completamente in un immenso serbatoio cilindrico riempito da tonnellate di acqua distillata purissima, uno schermo protettivo conto la radioattività naturale emessa dalle rocce terrestri, che potrebbe interferire con le rilevazioni.

Immerso nell’acqua c’è anche il rilevatore principale, con tutti gli strumenti che servono a farlo funzionare. Ci sono 135 fisici provenienti da tutto il mondo che stanno operando attorno al massiccio apparecchio.

I risultati ottenuti

“Anche se in funzione solo da un mese XENON1T ha accumulato dati che ci permetteranno presto di confermare l’ipotesi dell’esistenza delle WIMPS, anche se finora non le abbiamo ancora rilevate direttamente” dice Elena Aprile, professoressa alla Columbia University e portavoce del progetto.

“È iniziata una nuova fase nella corsa alla caccia della materia oscura, grazie a rilevatori come XENON1T, attualmente l’unico nel suo genere e all’avanguardia nel modo in questo ambito: siamo orgogliosi di essere i pionieri di questa nuova era della fisica sperimentale”.

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