Cercare di dare una risposta alla domanda "di che cosa è fatta la Materia Oscura?" è una delle imprese più impegnative con cui oggi i Fisici sono alle prese. Questa mattina era attesa la conferenza dei responsabili del progetto XEONON1T al lavoro proprio sulla Materia Oscura, che hanno fatto il punto della situazione. L'estrema sintesi è che l'esperimento dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso non è riuscito a rivelare alcun accenno alla Materia Oscura, ma i risultati di un anno di ricerca sono comunque importanti perché restringono l'ambito di ricerca delle ipotetiche particelle chiamate WIMPs.
Per capire di che cosa stiamo parlando bisogna procedere con ordine. Come ci aveva spiegato il nostro consulente Lorenzo Pizzuti in questo eccellente articolo, ci sono moltissime teorie in gioco e numerosi esperimenti in corso in tutto il mondo per scovarla. Fra le particelle osservate speciali in questa ricerca ci sono le cosiddette WIMPs (Weakly Interactive Massive Particles, particelle massive debolmente interagenti), che si ritiene siano nate dal bagno termico primordiale e che risentano solo della forza nucleare debole e del campo gravitazionale: sembrano le candidate perfette per costituire la Materia Oscura fredda. Una di queste è il neutralino, senza carica elettrica, senza una antiparticella (o meglio la sua antiparticella coincide con il neutralino stesso) e che non decade spontaneamente: l'unico modo che ha per "sparire" è quello di interagire con un altro neutralino (attraverso la forza debole, ovviamente) ed annichilirsi generando una coppia di particelle ordinarie.
La difficoltà nell'individuazione delle WIMPs è che generano un segnale più piccolo di tutti i segnali mai rilevati finora, quindi estremamente difficile da osservare. Per ridurre al minimo le contaminazioni dell'esterno si usano esperimenti sotterranei, è qui si inserisce l'annuncio di oggi, che è il risultato delle ricerche condotte presso il più importante esperimento europeo, che si trova in Italia, presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
Si chiama appunto XENON1T e consiste in una una colossale macchina contenente 3500 Kg di Xenon liquido alla temperatura di -95 °C. Oltre alla protezione naturale offerta dalla montagna, il rivelatore è rivestito da un thermos in acciaio inossidabile immerso in un contenitore di 700 m3 di acqua purissima. Il passaggio di una particella di Materia Oscura che interagisce con gli atomi di Xenon produce un segnale sotto forma di fotoni, che viene catturato da ben 248 fotomoltiplicatori.
Come accennato sopra, dopo un anno di lavoro il risultato è che non sono state rilevate particelle WIMPs. Una delusione? Affatto, perché i dati rilevati consentono di comprendere di più sulla loro natura, e di procedere quindi con la ricerca di altri possibili candidati per la Materia Oscura, come gli assioni, che secondo gli scienziati potrebbero essere state prodotte in gran quantità nei primi istanti di vita dell'Universo.
Elena Aprile, docente della Columbia University a capo della collaborazione XENON, ha spiegato nel corso dell'evento che "i dati osservati dall'esperimento sono in accordo con le previsioni del piccolo fondo atteso, vale a dire quegli eventi simili a un'interazione di particelle di Materia Oscura ma dovuti invece a particelle di natura nota, che dobbiamo essere in grado di riconoscere. [...] Un risultato che permette di fissare un nuovo limite, più stringente, alle possibili interazioni con la materia ordinaria per le WIMPs".
Marco Selvi, responsabile nazionale INFN dell'esperimento, ha aggiunto che "XENON1T ha raggiunto una sensibilità pari a circa quattro ordini di grandezza superiore di quella ottenuta con il primo dei rivelatori del progetto XENON (XENON10), e ha aumentato la massa del bersaglio dai 5 kg iniziali fino agli attuali 1300 kg, allo stesso tempo diminuendo il fondo di un fattore 5000", pertanto "la collaborazione XENON si conferma alla frontiera della ricerca diretta di Materia Oscura". Insomma, siamo comunque di fronte al "rivelatore più grande e sensibile al mondo per la ricerca diretta di Materia Oscura", e se un giorno dovessimo trovarla sarebbe anche grazie al suo lavoro.
La Fisica delle particelle non è un argomento semplice, ma Leon M. Lederman la spiega benissimo nel libro Oltre la particella di Dio. La fisica del XXI secolo, il premio Nobel che ha coniato l'espressione scherzosa "particella di Dio" per il Bosone di Higgs, e che quindi ha licenza di poterla usare dall'alto delle sue conoscenze.