La sperimentazione Xenon100: primi risultati sulle particelle che costituiscono la misteriosa “materia oscura”

di Andrea Marasea

Sull’osservazione dello XENON100, l’Istituto Nazionale di Fisica, i cui laboratori operano tra le viscere del Gran Sasso lavorano alla ricerca delle cosiddette WIMP -Weakly Interacting Massive Particles-, le piccolissime parti fondamentali che paiono costituire la imperscrutabile “materia oscura”hanno fornito gli ultimi risultati. Il Laboratorio del Gran Sasso, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare rappresenta l’organismo più rilevante nel pianeta per porre in atto test di fisica delle particelle sottoterra, infatti accoglie 4 tra i più fondamentali esperimenti destinati allo studio della entità fisica oscura.

Oltre a XENON, sono attivi gli esperimenti CRESST, DAMA e WARP. Fissando l’attenzione sulla cooperazione XENON, si possono enumerare 60 uomini di scienza di 14 fondazioni scientifiche americane, israeliane, francesi, germaniche, cinesi, israeliane, portoghesi, olandesi e svizzere. Altresì studiosi italiani, dei Laboratori del INFN, di Bologna e Torino, ne condividono l’esperienza.
Così interviene Lucia Votano, responsabile dei Laboratori INFN, -In questi giorni gli occhi del mondo scientifico internazionale, sono di nuovo puntati sul Laboratorio del Gran Sasso dell’INFN 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. Ancora una volta il Laboratorio del Gran Sasso si conferma come luogo di eccellenza internazionale per la fisica astro particellare-.

Dopo cento giorni di analisi, sono stati apertamente chiariti il giorno 13/04/2011 ai Laboratori dell’INFN dalla prof.ssa Elena Aprile docente della Columbia University, promotrice e caposcuola della cooperazione mondiale che analizza il progetto anzidetto.

-In quei cento giorni-, chiarisce la prof.ssa 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 piu’ vicini ad un’eventuale scoperta. Ma già adesso, i risultati ottenuti pongono i vincoli piu’ stringenti al mondo, sulle interazioni di tipo “elastico” delle WIMP con la materia ordinaria. E questo grazie alle prestazioni straordinarie del nostro rivelatore, in cui siamo riusciti a ridurre il fondo radioattivo a livelli senza precedenti-.

Come si svolge la sperimentazione XENON100

A partire dall’ottobre 2009, i laboratori utilizzano circa 160 chilogrammi di gas Xenon liquido, alla condizione termica di 90 gradi sotto lo zero. Tramite dei rivelatori di luminosità sensibilissimi -denominati fotomoltiplicatori-, sommersi nel gas fluidificato, riescono a far notare addirittura i lievissimi segni di radiazione luminosa scaturenti dai minimi impatti dei corpuscoli di sostanza oscura con le parti più interne di gas Xenon. Per mezzo di una pratica peculiare è possibile riconoscere tali comportamenti chimici da altri, determinati dalla emissione di radiazioni ambientale. XENON100 viene verificato nei laboratori INFN, tra la parte più interna dei 1400 metri di roccia di Monte Aquila, nel cuore del Parco Nazionale del Gran Sasso, proprio per ridurre al minimo questa fonte di -rumore-. Tale falda di pietra permette di annullare, l’emissione della irradiazione chimica di un milione di volte. Ciò nonostante, tale barriera naturale non è attualmente bastante per arrivare alla concretezza tipica di una sperimentazione di tale guisa. XENON100, quindi viene in più protetto da superfici di piombo, rame e polietilene, unitamente a materiali accuratamente selezionati per minimizzare la trasmissione della radioattività.

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