Perché gli scienziati stanno cercando la materia oscura 2000 metri sotto terra?
Anche se non possiamo vederla o rilevarla con gli strumenti tradizionali, la materia oscura costituisce circa il 27% della densità totale di energia dell’universo osservabile. Ma come fare a dimostrare che esiste, per non parlare di capire com’è fatta o come funziona? Di recente, gli scienziati potrebbero aver capito che per trovare la materia oscura devono cercarla… nelle profondità della Terra. Vediamo com’è possibile.
La ricerca della materia oscura nelle profondità della Terra
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Secondo alcuni fisici, non riusciamo a rilevare la materia oscura perché è costituita da particelle che interagiscono debolmente con la materia ordinaria. Per questa ragione, vengono chiamate WIMP o Weak Interacting Massive Particles. Come fare a trovarle? Se interagiscono debolmente con la materia ordinaria, e tutto ciò che abbiamo intorno è materia ordinaria, non è troppo complesso? Tecnicamente sì, e no.
Infatti, il Lawrence Berkeley National Lab della California ha avviato presso la Sanford Underground Research Facility del Colorado un esperimento chiamato LUX-ZEPLIN. Si tratta del più grande rilevatore di materia oscura mai costruito e che è stato posizionato a una profondità di 1500 metri nella crosta terrestre.
L’obiettivo è quello di limitare l’interferenza delle radiazioni di fondo, e quindi riuscire a rilevare le interazioni della materia ordinaria con la materia oscura. All’interno del LUX-ZEPLIN, costruito con un materiale che emette pochissime radiazioni, ci sono 10 tonnellate di xenon liquido.
Se le particelle di materia oscura entrano in collisione con gli atomi di xenon, producono un lampo di luce e il rilascio di elettroni.
Cos’ha trovato finora il LUX-ZEPLIN Experiment?
Kilo-Degree Survey Collaboration/H. Hildebrandt & B. Giblin/ESO - CC BY 4.0 DEED
Come si può intuire, le particelle WIMP non interagiscono con la materia in modo facilmente rilevabile, neanche dal LUX-ZEPLIN Experiment. Secondo gli scienziati, l’esperimento deve avvicinarsi il più possibile a replicare le condizioni in cui le deboli interazioni fra materia ordinaria e materia oscura possano essere rilevabili, almeno nei loro effetti. E non è così semplice.
Finora, infatti, il LUX-ZEPLIN non ha avuto fortuna nel trovare quello che cercava. Come ci si aspettava, le interazioni sono state molto rare e nessuna ha riguardato la materia oscura. Ogni risultato negativo è tuttavia un passo avanti nella ricerca scientifica, perché si tratta di misurazioni molto piccole realizzate con strumenti molto sensibili: non trovare la materia oscura vuol dire anche che bisogna costruire strumenti ancora più sensibili che siano capaci di misurazioni ancora più piccole.
Anche la Cina vuole trovare la materia oscura
NASA, ESA and R. Massey (California Institute of Technology)
Il LUX-ZEPLIN è stato per diversi anni l’unico rilevatore di materia oscura situato nelle profondità della Terra: oggi non è più così. In Cina, infatti, è da poco operativo il CJPL o Chinese Jinpin Underground Laboratory, che si è posto lo stesso obiettivo della sua controparte statunitense. Situato a 2400 metri di profondità e con un rilevatore allo xenon da quattro tonnellate, il laboratorio vuole essere il primo a rilevare le interazioni della materia oscura con la materia ordinaria.
Si tratta di una delle ricerche più interessanti e affascinanti degli ultimi decenni, ma il percorso è in salita per tutti. D’altronde, trovare una risposta alla domanda su com’è fatto l’universo non è semplice, per di più con gli strumenti che abbiamo per ora. Sarebbe come voler rispondere alla domanda “che cosa vedi?”, ma tenendo gli occhi chiusi.
