Alla ricerca della materia oscura a 2 chilometri sotto terra
Nelle profondità delle Black Hills del Sud Dakota, gli scienziati sono alla ricerca della materia oscura. Questa sostanza invisibile, che non emette luce propria e interagisce con la materia normale solo attraverso la gravità, costituisce circa il 27% dell’universo osservabile, mentre la materia ordinaria ne rappresenta solo il 5%. Il restante 68% è composto da energia oscura. Nonostante la materia oscura sia cinque volte più abbondante della materia normale, la sua esistenza è ancora da dimostrare direttamente.
Una strategia per trovarla, forse controintuitiva considerando che la materia oscura spiega ciò che vediamo nelle stelle e nelle galassie, è quella di scendere sottoterra. In tutto il mondo esistono diverse strutture sotterranee dove i fisici cercano segni di Particelle Massive Debolmente Interagenti (WIMP), oltre a misurare l’impatto dei neutrini. L’idea è che le WIMP passino attraverso la Terra continuamente mentre si muove nello spazio, quindi per rilevarle abbiamo bisogno di rivelatori abbastanza sensibili da catturare queste deboli interazioni.
Hugh Lippincott, professore associato di fisica presso l’Università della California a Santa Barbara, ha spiegato in un articolo per The Conversation che nell’esperimento LUX-ZEPLIN di Stanford, due grandi griglie elettriche applicano un campo elettrico attraverso un volume di liquido, spingendo gli elettroni rilasciati verso la superficie del liquido. Quando emergono, vengono attratti nello spazio sopra il liquido, riempito di gas xenon, e accelerati da un altro campo elettrico per creare un secondo lampo di luce. Due grandi array di sensori di luce raccolgono questi due lampi di luce, permettendo ai ricercatori di ricostruire la posizione, l’energia e il tipo di interazione che ha avuto luogo.
Questi rivelatori sono impressionanti e, anche se non scoprono cosa sia la materia oscura, possono aiutare a limitare ciò che non è. Il problema, tuttavia, è che se fossero collocati in superficie, rileverebbero troppo rumore di fondo. Sulla Terra, infatti, siamo costantemente circondati da livelli bassi e non pericolosi di radioattività provenienti da elementi traccia, principalmente uranio e torio, nell’ambiente, così come dai raggi cosmici provenienti dallo spazio. L’obiettivo nella ricerca della materia oscura è costruire un rivelatore il più sensibile possibile, in modo che possa vedere la materia oscura, e posizionarlo in un luogo il più silenzioso possibile, in modo che il segnale della materia oscura possa essere visto al di sopra della radioattività di fondo.
Per questo motivo, i rivelatori di materia oscura sono collocati in profondità sotto terra. In Ontario, Canada, gli scienziati devono compiere ogni giorno un viaggio di 2 chilometri sotto terra, poi camminare ulteriormente all’interno di una miniera attiva per raggiungere SNOLAB, il laboratorio pulito più profondo del mondo.
Gli eventi registrati dall’esperimento LUX-ZEPLIN, nelle profondità delle Black Hills del Sud Dakota, sono stati circa cinque al giorno, molto meno del trilione di eventi che rileverebbe in superficie. Tuttavia, gli scienziati hanno escluso la materia oscura come causa potenziale per tutti loro. Ma con gli esperimenti che continuano a funzionare, c’è la speranza che possano trovare prove per tutta la “roba mancante” dell’universo, proprio sotto i nostri piedi.