XENON1T, uno degli esperimenti di punta nella ricerca diretta della materia oscura, operativo dal 2016 al 2018 presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell’INFN Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, ha presentato oggi, 17 giugno, nel corso di un seminario online dai LNGS, l’analisi dei suoi ultimi dati, mostrando un inatteso eccesso di eventi.
Il segnale osservato ha un’alta significatività statistica, potrebbe essere dovuto alla presenza una minuscola quantità di trizio, un isotopo dell’idrogeno. Ma potrebbe anche essere il segnale di qualcosa di molto più eccitante, come l’esistenza di nuove particelle, in particolare gli assioni solari. Oppure, altra ipotesi interessante, potrebbe implicare nuove proprietà dei neutrini.
Coordinato da Elena Aprile, della Columbia University di New York, il progetto XENON dà la caccia alle particelle di materia oscura, e tra queste alla loro versione piu’ accreditata, ovvero alle cosiddette WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Per queste il rivelatore XENON1T ha ottenuto i limiti più stringenti sulla loro probabilità di interazione con la materia ordinaria, su un ampio spettro di masse possibili.
Per la costruzione del rivelatore XENON1T sono state impiegate 3,2 tonnellate di xenon liquido ultra-puro, di cui 2 t costituenti la regione sensibile del rivelatore. Quando una particella attraversa lo xenon genera un debole segnale luminoso e libera una manciata di elettroni, rivelando in questo modo la sua presenza. Il rapporto tra la luce prodotta ed il numero di elettroni liberati consente di identificare il tipo di interazione, ovvero la natura della particella. La maggior parte di queste interazioni è dovuta a particelle la cui esistenza è nota ed il numero di interazioni da esse prodotte nel rivelatore è calcolabile con grande precisione.
Tuttavia quando i dati di XENON1T sono stati messi a confronto con il fondo atteso, si è osservato un eccesso di 53 eventi rispetto ai 232 che ci si aspettava di osservare. L’eccesso è presente soprattutto a bassa energia, al di sotto di 7 keV, ed è dovuto ad eventi distribuiti uniformemente nel volume sensibile del rivelatore e lungo tutto il periodo di acquisizione dati.
Delle tre possibili spiegazioni considerate dalla collaborazione XENON, l’eccesso osservato sembra privilegiare quella del segnale da assioni solari. In termini statistici l’ipotesi degli assioni solari ha una significatività di 3,5 sigma, pari a una probabilità di 2 su 10.000 che l’eccesso sia dovuto a una fluttuazione casuale del fondo, anziché a un nuovo segnale. Sebbene questa significatività sia piuttosto elevata, non è però ancora sufficiente a dichiarare la scoperta - per la quale si richiedono almeno 5 sigma - degli assioni solari. La significatività delle ipotesi trizio e momento magnetico del neutrino corrisponde per entrambe a 3,2 sigma, quindi sono anch’esse ben compatibili con i dati sperimentali.
In questo momento la collaborazione XENON sta procedendo alla costruzione di XENONnT, un nuovo e più sensibile rivelatore. Il successore di XENON1T avrà una sensibilità aumentata di circa un fattore 10 grazie all’incremento di massa dello xenon liquido (8 ton) ed alla significativa riduzione del fondo ottenuta tramite una migliorata stillazione del Radon e l’aggiunta di un veto per neutroni. Con i futuri dati di XENONnT, la collaborazione XENON si aspetta di scoprire se l’eccesso misurato da XENON1T è dovuto ad una fluttuazione statistica, a una nuova componente del fondo, o a qualcosa di più interessante: il segnale di una nuova particella o interazione non contemplata nel Modello Standard.
Al progetto XENON partecipa attivamente un gruppo della sezione INFN di Napoli sotto la responsabilità di Michele Iacovacci. L’attività del gruppo si inserisce nel programma di riduzione degli eventi di fondo realizzata tramite la costruzione di un rivelatore per neutroni in grado di identificare quegli eventi indotti da neutroni ma che mimano perfettamente interazioni di materia oscura. Stiamo parlando di pochissimi eventi, infatti le simulazioni Monte Carlo stimano per questi eventi, in XENONnT, una frequenza di 1,3 eventi/anno nelle 5 tonnellate del volume fiduciale; il veto per neutroni riduce questo fondo a 0,17 eventi/anno. La costruzione di XENONnT sta procedendo regolarmente, il nuovo rivelatore è previsto entrare in funzione ad Ottobre 2020.
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Responsabile internazionale collaborazione XENON
Elena Aprile | Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo. | +39 3494703313 | +1 212 854 3258
Responsabile gruppo XENON di Napoli
Michele Iacovacci, Dipartimento di Fisica “E. Pancini”, Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo., +39 081676128 | +39 3388853113