In una miniera d'oro abbandonata situata a un miglio da Leed, nel South Dakota, ingegneri e fisici dell'Università del Wisconsin-Madison stanno lavorando a una camera contenente 10 tonnellate di xeno liquido. Sperano che in una miniera sotterranea, dove lo spazio sperimentale sarà protetto dalle particelle solari e dalle radiazioni cosmiche, possano rilevare la materia oscura per la prima volta.
Abbiamo già pubblicato un'analisi dettagliata di ciò che può essere misteriosa materia oscura dal punto di vista della fisica moderna. L'ipotesi iniziale è apparsa negli anni '30, quando gli astronomi si resero conto che la galassia manca della forza di gravità per mantenere la sua struttura solo a causa delle sue sorgenti visibili - stelle, pianeti, buchi neri, ecc. Direttamente la materia oscura stessa prima finora non è stato possibile rilevarlo, la sua esistenza è stata dedotta solo con l'aiuto di modelli matematici gravitazionali. Tuttavia, gli astronomi ritengono che in realtà potrebbe esserci cinque volte più materia oscura nell'universo rispetto alla materia visibile. Il team UW-Madison ha deciso di porre fine a questa incertezza.
L'esperimento della miniera d'oro del South Dakota si chiama LUX-ZEPLIN, o LZ in breve. È una versione estesa del precedente esperimento Large Underground Xenon (LUX) e del programma ZEPLIN sulla materia oscura. L'idea è di rilevare una particella di materia oscura mentre interagisce con un atomo di xeno, provocando una reazione a catena nella camera che alla fine espellerà la luce ultravioletta e rilascerà una raffica di elettroni. Immediatamente dopo che lo xeno liquido si accende, il gas xeno nella camera sopra di esso reagirà emettendo elettroni e rilascerà un secondo impulso di luce più luminoso. I fisici che lavorano al progetto lo descrivono come una "campana" che suonerà se esposta a una particella di materia oscura.
"Le particelle di materia oscura possono essere proprio qui nella stanza, passando attraverso la tua testa e possibilmente occasionalmente entrando in collisione con alcuni atomi", ha detto in un comunicato stampa Duncan Carlsmith, professore di fisica alla UW-Madison.
Rappresentazione schematica del laboratorio sotterraneo LUX-ZEPLIN
All'inizio di questo mese, il Dipartimento dell'Energia ha approvato le fasi finali della LZ nella miniera d'oro, ufficialmente chiamata Sanford Underground Research Center. Nel frattempo, i ricercatori stanno lavorando con un prototipo di dispositivo più piccolo per garantire che quando il "grande" LZ verrà lanciato nel 2020, non sarà soggetto a interferenze.
Per garantire che nient'altro che la materia oscura interagisca con lo xeno liquido, il team sta costruendo due camere esterne progettate per rilevare e rimuovere eventuali particelle contaminanti. La camera sarà riempita con 10 tonnellate di xeno liquido e oltre 500 fotomoltiplicatori - tubi a vuoto, che sono rilevatori di luce ultrasensibili e monitoreranno l'LZ. Se qualcosa di diverso dalla materia oscura rompe il resto dello xeno, i rilevatori dovranno dimostrare che si tratta di un falso allarme.
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Non appena l'installazione nella miniera sotterranea sarà pronta e l'esperimento sarà avviato, non resta che attendere. I fisici cercheranno particelle massicce che interagiscono debolmente, o WIMP, che sono gli ipotetici elementi costitutivi della materia oscura. Si ritiene che la maggior parte delle volte i WIMP attraversino la materia ordinaria senza lasciare traccia, ma occasionalmente possono entrare in collisione con particelle ordinarie.
I partecipanti al progetto LUX-ZEPLIN hanno assemblato una copia in miniatura della futura installazione. Prima di condurre un esperimento globale, è necessario testarlo su un modello più piccolo e più costoso.
LZ rimarrà attivo per almeno cinque anni, ma tutti sperano che sarà in grado di rilevare i WIMP per la prima volta, o comunque escluderli come sostanza eterea che costituisce la materia oscura. Altri esperimenti presso l'IceCube Center for Particle Astrophysics del Wisconsin, così come progetti in Italia e Cina, stanno conducendo i propri esperimenti per trovare prove dirette dell'esistenza della materia oscura. I fisici dell'UW-Madison stanno anche usando il Large Hadron Collider nel tentativo di rilevare la materia oscura, che si crea quando le particelle ad alta energia entrano in collisione. La corsa degli scopritori della materia oscura è in pieno svolgimento!
Se riusciamo a trovare e misurare questa sostanza, raggiungeremo una maggiore comprensione di come funziona l'universo che mai. È possibile che la materia oscura costituisca più del 25 percento dell'intero cosmo e, una volta scoperte le proprietà specifiche del materiale, può rivelare segreti che ci sono rimasti a lungo nascosti.
