Il rilevatore XENON1T, la più grande ricerca di materia oscura "pesante", ha escluso l'esistenza di forme leggere di materia oscura e "tentato" i primi accenni all'esistenza di particelle inaspettatamente pesanti di questa misteriosa sostanza, hanno detto i partecipanti al progetto in una conferenza stampa nel laboratorio italiano del Gran Sasso.
«Finora si può dire solo una cosa: questa dannata particella ci si nasconde ancora. Da un lato, non abbiamo trovato tracce della sua esistenza nell'intervallo di massa fino a 200 GeV. D'altra parte, i nostri modelli non escludono l'esistenza di WIMP più pesanti. Abbiamo anche indizi di questo nei dati, anche se la loro significatività statistica è piccola - solo un sigma, e mi piacerebbe credere che questo non sia un incidente , ha detto Elena Aprile, rappresentante ufficiale della collaborazione XENON1T.
Il mondo dietro uno schermo scuro
Per molto tempo gli scienziati hanno creduto che l'universo fosse costituito dalla materia che vediamo e che costituisce la base di tutte le stelle, buchi neri, nebulose, ammassi di polvere e pianeti. Ma le prime osservazioni della velocità di movimento delle stelle nelle galassie vicine hanno mostrato che le stelle alla loro periferia si muovono in esse a una velocità incredibilmente alta, che era circa 10 volte superiore a quella mostrata dai calcoli basati sulle masse di tutte le stelle in esse contenute.
La ragione di ciò, secondo gli scienziati odierni, era la cosiddetta materia oscura, una sostanza misteriosa, che rappresenta circa il 75% della massa della materia nell'Universo. Tipicamente, ogni galassia ha circa 8-10 volte più materia oscura della sua cugina visibile, e questa materia oscura tiene le stelle al loro posto e impedisce loro di disperdersi.
Oggi quasi tutti gli scienziati sono convinti dell'esistenza della materia oscura, ma le sue proprietà, oltre alla sua ovvia influenza gravitazionale sulle galassie e sugli ammassi di galassie, rimangono un mistero e oggetto di controversia tra astrofisici e cosmologi. Per molto tempo, gli scienziati hanno pensato che fosse composto da particelle superpesanti e "fredde" - "wimps", che non si manifestano in alcun modo, tranne che per attirare ammassi visibili di materia.
Gli scienziati stanno cercando di trovare tali particelle oggi utilizzando rivelatori sotterranei giganti riempiti di xeno assolutamente puro. I nuclei degli atomi di gas nobili, come precedentemente ipotizzato dagli scienziati, dovevano interagire con i "WIMP" in un modo speciale, che poteva essere rilevato osservando i lampi di luce all'interno dello xeno liquefatto.
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Negli ultimi due decenni, gli scienziati hanno creato circa una dozzina di questi rilevatori con volume e massa crescenti, nessuno dei quali è stato in grado di rilevare tracce di interazioni xenon-WIMP. Particolari speranze erano riposte nel progetto XENON1T, un rilevatore costruito nel laboratorio italiano del Gran Sasso nel 2014 e contenente un record di 3,5 tonnellate di xeno, che è circa 10 volte la massa di tutti i suoi concorrenti.
La chiave dell'universo
I primi risultati, presentati dal team XENON1T nel novembre dello scorso anno, si sono nuovamente rivelati "zero": un team di oltre cento fisici di 21 paesi del mondo non è riuscito a trovare tracce significative dell'esistenza dei "WIMP" in una gamma molto ampia di masse ed energie.
Aprile e i suoi colleghi hanno presentato oggi i risultati di un'analisi dell'intero set di dati, che ha ampiamente confermato i loro risultati preliminari, con poche eccezioni minori. Come notano gli scienziati, sono riusciti a escludere la possibilità dell'esistenza di "WIMP" leggeri con masse da 6 a 30 GeV e praticamente azzerare le possibilità di rilevare particelle con una massa fino a 200 GeV.
D'altra parte, i dati che hanno raccolto non sono in contraddizione e, secondo la stessa Aprile, indicano che le particelle di materia oscura hanno in realtà una massa molto più alta di quanto i fisici ipotizzassero in precedenza.
“Il nostro compito ora è molto semplice: dobbiamo solo continuare a osservare e allo stesso tempo abbassare il livello di rumore e aumentare la sensibilità. Come mi sembra, potremo andare ai VIMP dopo il prossimo aggiornamento dei rivelatori, oppure chiuderemo finalmente la questione della loro esistenza”, continua il fisico.
Secondo lei, i partecipanti a XENON1T stanno già assemblando una nuova versione del rilevatore, la cui massa di xeno sarà aumentata a quattro tonnellate e il livello di interferenza sarà ridotto di almeno 10 volte. La sua installazione sarà completata quest'anno e riceverà i primi dati scientifici a metà del 2019.
