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martedì 23 giugno 2015

A WALK IN THE DARK SIDE

Il viaggio verso l’oscuro comincia con le gallerie sotto le montagne del Gran Sasso. Qui sotto, con 1.400 metri di roccia sopra le teste (coperte dai caschetti gialli e arancioni), al riparo dai raggi cosmici che bombardano continuamente la Terra, qualcuno sta cercando (tra l’altro) qualcosa di particolarmente sfuggente

O meglio qualcosa che dà sì segni della sua presenza ma non si lascia vedere: la materia oscura, quella quota di materia che sappiamo esistere (grazie soprattutto ai suoi effetti gravitazionali), ma che non assorbe né emette luce (radiazione) e quindi risulta invisibile, oscura appunto. Sfuggente abbastanza da essere solo immaginata (qualcosa al riguardo ha avvistato e ipotizzato l’esperimento Alpha Magnetic Spectrometer a bordo della Stazione Spaziale Internazionale).
Ai Laboratori nazionali del Gran Sasso (Lngs) dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn) non hanno infatti un’idea chiarissima di cosa sia fatta questa materia oscura, ma sono ben intenzionati a cercarla. Dark Side è un rivelatore di urti tra particelle: quelli tra le particelle della materia oscura (ipotizzate e sconosciute) e quelle della materia ordinaria, come racconta il presidente dell’Infn Fernando Ferroni in occasione oggi dell’inaugurazione ufficiale di Dark Side ai Lngs: “Dark side è fatto per rivelare un urto tra una particella e un nucleo. Quello che noi cerchiamo di fare è di rivelare quello che fa il nucleo dopo l’urto, ovvero di identificare tracce indirette della presenza e dell’interazione della materia oscura. Alcune delle particelle ipotizzate sono le Wimps (Weakly Interactive Massive Particles, nda) o i neutralini, ma alla fine questo interessa poco: se la materia oscura è fatta di particelle ogni tanto un nucleo dovrà pur urtarlo, no? È come al gioco biliardo: se le palle si muovono prima o poi si scontrano”.
Dark Side, continuando con la metafora del biliardo, funziona come una telecamera montata sul tavolo da gioco. L’esperimento infatti – frutto di una collaborazione internazionale che vede l’Infn insieme all’Università di Princeton come gli enti leader del progetto – è sostanzialmente un rivelatore hi-tech di urti. Ci sono evidenze infatti, spiega Stefano Ragazzi, direttore dei Lngs, per pensare che la materia oscura interagisca con il resto della materia non solo attraverso l’interazione gravitazionale, ma anche con altri tipi di interazioni, a contatto con i nuclei della materia ordinaria, come gli urti appunto.
Il cuore dell’esperimento è costituito da un cilindro riempito con 153 chili di argon liquido purissimo (più correttamente radiopuro, ovvero a bassissimo contenuto di radioattività, in tal caso a basso contenuto di Argon 39) che rappresenta esso stesso il rivelatore di materia oscura. Quando – e se, finora infatti eventi del genere, rarissimi, non sono mai stati osservati – una particella di materia oscura interagisce con l’argon è possibile veder traccia di questa interazione. Quando si avrà un urto tra queste particelle sconosciute e un nucleo convenzionale, il nucleo convenzionale rimbalza”, spiega in proposito Ragazzi: “Il nucleo convenzionale che rimbalza, dato che è elettricamente carico, perturba l’ambiente circostante e questo comporta un riarrangiamento nei livelli atomici e così via tale che alla fine vengono emessi dei debolissimi lampi di luce, captati dalla serie di fotomoltiplicatori che ricoprono il cilindro all’interno di cui si trova l’argon, gli occhi dell’esperimento”.
Tutto il gioco della schermatura esterna, continua Ragazzi riferendosi alla matriosca all’interno di cui si trova Dark Side, serve a ridurre al minimo – idealmente portare a zero – il contributo della radioattività naturale e di tutti i possibili eventi che simulerebbero quelli di materia oscura ma non lo sono. Aggiunge al riguardo Cristian Galbiati della Princeton University, coordinatore dell’esperimento insieme a Giacchino Ranucci dell’Infn: “Il cuore di Dark Side si trova all’interno di un liquido scintillatore di 30 tonnellate posizionato in una sfera di acciaio inox che funziona come un veto attivo per neutroni, all’interno a sua volta di un serbatoio cilindrico con 1000 tonnellate di acqua ultrapura che funziona come veto per i raggi cosmici”. Tutti schermi per rivelare e azzerare possibili effetti disturbanti.
La scelta dell‘argon è dovuta al fatto che questo è, spiegano gli esperti, l’elemento migliore per discriminare la radioattività ambientale – beta e gamma – dal segnale che potrebbe venire dalla materia oscura. Ma si sceglie questo gas nobile anche perché ha un’elevata resa luminosa e trasparenza ottica. “L’argon che utilizziamo nell’esperimento arriva da pozzi molto profondi nel Colorado, dove è naturalmente depleto di Argon 39 radioattivo”, continua Galbiati. In futuro questo Argon verrà portato nelle miniere del Sulcis per un’ulteriore purificazione e riduzione del contenuto di Argon 39. Un progetto unico questo a livello mondiale – si chiama Aria –  sostenuto da Infn e Regione Autonoma Sardegna. Il progetto, oltre l’Argon, potrà aumentare la disponibilità di isotopi stabili necessari per l’avanzamento di tecniche – come la Pet – utili contro il cancro e le malattie neurodegenerative, ha aggiunto il coordinatore del progetto parlando delle ricadute tecnologiche dell’esperimento.
Gli occhi di Dark Side sono pronti ora a vedere e a capire. Cosa potremmo dirlo solo dopo, spiega Galbiati: “Ci sono troppe teorie su materia oscura senza chiare indicazioni su quale possa essere la sua natura fondamentale”, spiega il ricercatore: “Per questo le nostre ricerche saranno molto ad ampio raggio, in scale di massa molto alta, anche al di sopra dei 10 TeV, per poterla identificare e capirne la natura in seguito alle determinazione delle caratteristiche della sua interazione con la materia ordinaria. 
Dark Side parte con un programma di tre anni in condizione di bassissimo background avendo già verificato, dal 2013, che tutte le caratteristiche tecniche dell’esperimento sono sufficienti per portarlo avanti. “Finita la fase di test, parte ora quella di scienza”. 

Dark Side, a caccia di materia oscura sotto il Gran Sasso Anna Lisa Bonfranceschi Giugno 23, 2015

A Cosmic Quest for Dark Matter Feb. 13, 2015

LHC RESTART 3 FEBBRAIO 2015

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