Cosa si nasconde nel profondo dell’Universo? Da oggi, grazie a un esperimento che sprofonda letteralmente sotto terra, i confini della nostra (poca) saggezza sulla materia oscura avanzano di qualche passo… e non serve un casco da minatore per seguirci!
Nella pancia della Terra: caccia alla materia invisibile
Il progetto LUX-ZEPLIN (per gli amici, LZ) è letteralmente sepolto, a quasi 1.600 metri sotto i monti del Dakota del Sud, al Sanford Underground Research Facility (SURF). Lì, nascosto tra le rocce antiradiazioni, si trova il rivelatore di materia oscura più sensibile al mondo—che vanta una missione degna di Indiana Jones: individuare le elusive particelle sconosciute che costituiscono la maggior parte dell’universo. Se pensavate che il mistero fosse risolto, sedetevi comodi: la storia è appena iniziata.
La materia oscura è la regina dei misteri cosmici. Invisibile ma dominante—rappresenta la maggior parte della massa del cosmo—è il rebus che tormenta la fisica moderna da decenni. Gli scienziati sono sicuri che esista: tiene insieme le galassie e la struttura stessa dell’universo. Ma non ama farsi vedere: sfugge alle analisi, si nasconde dietro i numeri e ride dei nostri microscopi.
Un esperimento fuori scala… anzi, sottoscala!
L’esperienza LZ, con i suoi 250 scienziati di 38 istituzioni in sei paesi diversi, si è data un obiettivo preciso: andare a caccia delle WIMPs (acronimo inglese per “particelle massive debolmente interagenti”), tra i principali candidati teorici a questo ruolo da protagonista nell’universo sommerso. L’ultima analisi pubblicata dal team si basa su ben 280 giorni (di cui 220 raccolti tra marzo 2023 e aprile 2024, aggiunti ai 60 del primo ciclo operativo). L’ambizione? Arrivare a mille giorni di osservazione entro il 2028.
La “sala macchine” dell’esperimento è composta da due camere di titanio piene zeppe di dieci tonnellate di xeno liquido ultrapuro: un ambiente tanto silenzioso che persino un fotone ci farebbe eco. Ogni possibile minima scintilla luminoso, che potrebbe derivare dall’urto con una WIMP maldestra, viene catturata. Attorno a tutto questo, un rivelatore esterno pieno di liquido scintillante arricchito in gadolinio aiuta a distinguere i veri segnali dal rumoroso fondo naturale.
La lotta (scientifica) tra segnale e rumore
- Protezione cosmica: Essendo profondamente sotterranei, i rivelatori sono al sicuro dai raggi cosmici che, notoriamente, rovinano sempre le migliori feste scientifiche.
- Struttura anti-disturbo: Migliaia di elementi a radioattività ridotta limitano il rumore ambientale e ogni strato del sistema blocca ciò che non serve o smaschera falsi positivi.
- Neutroni subdoli: I veri nemici? I neutroni, particelle subatomiche che, mascherandosi da WIMPs, mandano in tilt le analisi. Gli scienziati dell’UCSB hanno progettato il rilevatore esterno proprio per metterci una pezza e validare eventi reali.
- Metodo “salting”: Per evitare che la mente umana giochi brutti scherzi, la collaborazione LZ inserisce apposta falsi segnali nelle analisi durante la raccolta dati. Solo alla fine, tolto il “sale”, si scopre quali eventi erano finti e quali no. Ogni interpretazione inconscia viene così neutralizzata.
Come affermano i protagonisti dell’esperimento, c’è un gusto particolare nell’esplorare territori dove nessuno aveva ancora cercato. “Quando si lavora al limite della conoscenza, è essenziale mantenere l’oggettività”, sottolinea Scott Haselschwardt, coordinatore dello studio. Hugh Lippincott, fisico sperimentale all’Università della California Santa Barbara, rincara la dose: «Speriamo sempre di scoprire nuove particelle, ma è fondamentale anche capire dove mettere dei paletti, per sapere cosa la materia oscura NON può essere».
LZ, nuovi limiti e futuro prossimo
E allora, cos’ha portato tutto questo lavoro? Le nuove rilevazioni restringono significativamente il campo di ciò che le WIMPs potrebbero essere, aiutando a eliminare modelli erronei dell’universo e a guidare le ricerche future. Ma il valore dell’esperimento va anche oltre: il rivelatore è così sensibile che può percepire fenomeni rarissimi, come neutrini solari o decadimenti poco comuni di isotopi di xeno.
Il viaggio però non si ferma qui. LUX-ZEPLIN già guarda avanti: la nuova generazione, XLZD, è in preparazione e promette d’avvicinarci ulteriormente a svelare la materia invisibile che tiene insieme tutto il cosmo. Chi lo dice che la scienza non può essere… sotterranea?
Morale? La curiosità scientifica scava a fondo, letteralmente e metaforicamente. Il consiglio? Non abbiate paura di andare oltre la superficie, che sia della Terra… o del sapere stesso.
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Lisa Chichi vi porta in un mondo di scoperte curiose e storie sorprendenti. Ogni giorno condivide fatti insoliti e curiosità culturali che stimolano la vostra mente e arricchiscono le vostre conversazioni.
