Non emette radiazioni elettromagnetiche e nessuno sa davvero di cosa si tratti, ma ciò non ha impedito a un team di ricercatori europei di sviluppare un dispositivo che gli scienziati useranno per rilevare e determinare la natura della materia oscura che costituisce 1 / 4 della massa del nostro universo.
I ricercatori dell'Università di Saragozza (UNIZAR) e dell'Institut d'Astrophysique Spatiale (IAS, in Francia), hanno fatto ipotesi sulla natura della materia oscura sulla base di studi teorici e hanno sviluppato un dispositivo chiamato "bolometro scintillante" per rilevare il risultato di interazione della materia oscura con materiale all'interno del rivelatore.
“Una delle maggiori sfide della Fisica oggi è scoprire la vera natura della materia oscura, che non può essere osservata direttamente - anche se sembra costituire un quarto della materia dell'Universo. Quindi dobbiamo tentare di rilevarlo usando prototipi come quello che abbiamo sviluppato ”, dice a SINC Eduardo García Abancéns, un ricercatore del Laboratorio di fisica nucleare e astroparticelle dell'UNIZAR.
García Abancéns è uno degli scienziati che lavorano al progetto ROSEBUD (acronimo di Rare Objects SEarch with Bolometers UndergrounD), un'iniziativa di collaborazione internazionale tra l'Institut d'Astrophysique Spatiale (CNRS-Università di Parigi-Sud, in Francia) e l'Università di Saragozza, che si sta concentrando sulla caccia alla materia oscura nella Via Lattea.
Gli scienziati hanno lavorato nell'ultimo decennio a questa missione presso il laboratorio sotterraneo di Canfranc, a Huesca, dove hanno sviluppato vari rivelatori criogenici (che operano a temperature vicine allo zero assoluto: 273,15 ° C). L'ultimo è un "bolometro scintillante", un dispositivo da 46 grammi che, in questo caso, contiene un "scintillatore" di cristallo, composto da bismuto, germinato e ossigeno (BGO: Bi4Ge3O12), che funge da rilevatore di materia oscura.
Naturalmente, per costruire qualsiasi tipo di rilevatore di materia oscura, i ricercatori hanno dovuto formulare alcune ipotesi sulla natura della materia oscura stessa. La tecnica di rilevazione sviluppata dai ricercatori si basa su una serie di studi teorici che indicano le particelle chiamate WIMP (Weakly Interacting Massive Particles) come il principale componente della materia oscura.
"Questa tecnica di rilevamento si basa sulla misurazione simultanea della luce e del calore prodotti dall'interazione tra il rivelatore e gli ipotetici WIMP che, secondo vari modelli teorici, spiegano l'esistenza della materia oscura", spiega García Abancéns.
Il ricercatore spiega che la differenza nella scintillazione delle varie particelle consente a questo metodo di distinguere tra i segnali che i WIMP produrrebbero e altri prodotti da vari elementi di radiazione di fondo (come particelle alfa, beta o gamma).
Per misurare la minuscola quantità di calore prodotto, il rivelatore deve essere raffreddato a temperature vicine allo zero assoluto e è stata installata una struttura criogenica, rinforzata con mattoni di piombo e polietilene e protetta dalle radiazioni cosmiche come alloggiata sotto il monte Tobazo nel laboratorio sotterraneo di Canfranc.
"Il nuovo bolometro scintillante ha funzionato in modo eccellente, dimostrando la sua fattibilità come rivelatore negli esperimenti per cercare la materia oscura, e anche come spettrometro gamma (un dispositivo che misura questo tipo di radiazione) per monitorare la radiazione di fondo in questi esperimenti", afferma García Abancéns.
Il bolometro scintillante è attualmente presso il centro universitario di Orsay in Francia, dove il team sta lavorando per ottimizzare la raccolta della luce del dispositivo e l'esecuzione di prove con altri cristalli BGO.
Questo studio, pubblicato di recente sulla rivista Optical Materials, fa parte del progetto europeo EURECA (European Underground Rare Event Calorimeter Array). Questa iniziativa, alla quale partecipano 16 istituzioni europee (tra cui l'Università di Saragozza e lo IAS), mira a costruire un rilevatore criogenico di una tonnellata e utilizzarlo nel prossimo decennio per cacciare la materia oscura dell'Universo.
Fonte: FECYT (Spagna)
