Materia oscura, un esperimento rivela nuovi indizi stringendo il cerchio sul più grande enigma dell’universo

La materia oscura rappresenta uno dei più grandi misteri della fisica moderna. Anche se invisibile, esercita gravità nell’Universo, ma non emette né assorbe luce. L’evoluzione del cosmo e delle galassie indica che solo una piccola frazione della materia sia visibile, come ad esempio le stelle, mentre la restante parte è attribuibile alla materia oscura, finora mai misurata.

Materia oscura e WIMP

Negli ultimi anni nuovi esperimenti sono nati per catturare tracce di materia oscura o, meglio, per verificare una teoria candidata a costituire la materia oscura, formata da particelle massicce debolmente interagenti chiamate WIMP (Weakly Interacting Massive Particle). Queste particelle interagiscono debolmente con la materia ordinaria e quindi sono difficili da rilevare.

Il progetto LUX-ZEPLIN segna un passo importante

Uno di questi nuovi esperimenti è il progetto LUX-ZEPLIN (LZ), il rivelatore sotterraneo più sensibile al mondo a xenon liquido installato un miglio sottoterra all’interno del Sanford Underground Research Facility, negli Stati Uniti.

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Il suo scopo è ricercare interazioni rare di particelle ipotetiche di materia oscura con nuclei di xenon. Dall’urto si potrebbero produrre un lampo di luce e un segnale elettrico che il rivelatore è progettato per misurare.]

I nuovi risultati e le ultime scoperte

In 280 giorni di acquisizione, LZ ha raggiunto un’esposizione record, analizzando 4,2 tonnellate di materiale per anno, raggiungendo sensibilità 5 volte superiore rispetto alla migliore mai raggiunta prima. Dalle analisi risulta che non vi siano particelle di materia oscura con massa superiore a 9 GeV/c², ovvero superiori a circa 1,60 × 10⁻²6 kg.

Come termine di paragone, pensate che la massa del protone è pari a 0,938 GeV/c² e che 1 GeV/c² equivale a circa 1.78 × 10⁻²⁷ kg.

Questo risultato negativo non è un fallimento: aiuta i ricercatori a scartare alcune zone in cui i WIMP non possono nascondersi. Questo risultato limita in modo più stringente la sezione d’urto, ovvero la probabilità di interazione che le particelle oscure potrebbero avere con i nucleoni.

Scott Haselschwardt, coordinatore di fisica del progetto LZ, ha affermato: «Stiamo spingendo i confini in un regime in cui le persone non avevano mai cercato la materia oscura». Ha aggiunto: «Esiste una tendenza umana a voler vedere dei modelli nei dati, quindi è davvero importante, quando si entra in questo nuovo regime, che nessun pregiudizio entri in gioco. Se si fa una scoperta, si vuole che sia corretta».Grazie all’esperimento LZ i ricercatori sono più vicini a delineare che cosa non può essere la materia oscura. Le nuove misure riducono il campo delle possibilità, aiutando i fisici teorici a focalizzarsi su regioni di massa e interazione ancora possibili.

L'esperimento LZ prevede di raccogliere dati per 1.000 giorni prima della sua conclusione nel 2028, per esplorare nuove regioni. La sfida dei prossimi anni per questo settore, inoltre, è quella di migliorare la sensibilità dei rivelatori futuri e di esplorare regioni che ora restano fuori portata.