Dark Side: l’esperimento dell’INFN all’interno del Gran Sasso

Dark Side è l’esperimento condotto dall’INFN a 1400metri sotto il Gran Sasso per cercare tracce di materia oscura. Si tratta infatti di un rivelatore di urti tra particelle: quelli tra le particelle della materia oscura (ipotizzate e sconosciute) e quelle della materia ordinaria, come racconta il presidente dell’Infn Fernando Ferroni: “Dark side è fatto per rivelare un urto tra una particella e un nucleo. Quello che noi cerchiamo di fare è di rivelare quello che fa il nucleo dopo l’urto, ovvero di identificare tracce indirette della presenza e dell’interazione della materia oscura. Alcune delle particelle ipotizzate sono le Wimps (Weakly Interactive Massive Particles, nda) o i neutralini, ma alla fine questo interessa poco: se la materia oscura è fatta di particelle ogni tanto un nucleo dovrà pur urtarlo, no? È come al gioco biliardo: se le palle si muovono prima o poi si scontrano”.

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Considerando ancora il biliardo, Dark Side funziona in sostanza come una telecamera montata sul tavolo da gioco. L’esperimento infatti – che coinvolge anche l’Undiversità di Princeton – è un grande rivelatore hi-tech di urti. Ci sono evidenze, spiega Stefano Ragazzi direttore dei Lngs, per pensare che la materia oscura interagisca con il resto della materia sia per mezzo dell’interazione gravitazionale, sia con altri tipi di interazioni a contatto con i nuclei della materia ordinaria, per esempio gli urti. Dark Side è costituito da un cilindro riempito con 153 chili di argon liquido purissimo, o per meglio dire, radiopuro ovvero a bassissimo contenuto di radioattività. In questa circostanza a basso contenuto di Argon 39. L’argon svolge la funzione di “rivelatore” di materia oscura. Quando una particella di materia oscura interagisce con l’argon è possibile veder traccia di questa interazione. Bisogna evidenziare però che questo tipo di reazione non è ancora stata osservata/documentata. Quando si avrà un urto tra queste particelle sconosciute e un nucleo convenzionale, il nucleo convenzionale rimbalza”, racconta Ragazzi: “Il nucleo convenzionale che rimbalza, dato che è elettricamente carico, perturba l’ambiente circostante e questo comporta un riarrangiamento nei livelli atomici e così via tale che alla fine vengono emessi dei debolissimi lampi di luce, captati dalla serie di fotomoltiplicatori che ricoprono il cilindro all’interno di cui si trova l’argon, gli occhi dell’esperimento”.

La scelta dell‘argon è dovuta al fatto che questo è l’elemento migliore per discriminare la radioattività ambientale – beta e gamma – dal segnale che potrebbe venire dalla materia oscura ed anche perché questo gas nobile possiede proprietà elevate di resa luminosa e trasparenza ottica. “L’argon che utilizziamo nell’esperimento arriva da pozzi molto profondi nel Colorado, dove è naturalmente depleto di Argon 39 radioattivo” spiega Cristian Galbiati della Princeton University, che coordina l’esperimento insieme a Giacchino Ranucci dell’Infn. La schermatura esterna del cilindro, che è come una matriosca al cui interno si trova Dark Side, serve a ridurre al minimo il contributo della radioattività naturale e di tutti i possibili eventi che simulerebbero quelli di materia oscura ma non lo sono: si cercherà infatti di ridurre al minimo gli effetti disturbanti. “Il cuore di Dark Side si trova all’interno di un liquido scintillatore di 30 tonnellate posizionato in una sfera di acciaio inox che funziona come un veto attivo per neutroni, all’interno a sua volta di un serbatoio cilindrico con 1000 tonnellate di acqua ultrapura che funziona come veto per i raggi cosmici” – spiega Galbiati.

Questo tipo di Argon sarà protagonista di Aria, un’ambizioso progetto, unico a livello mondiale, sostenuto da Infn e dalla Regione Autonoma Sardegna. Verrà portato nelle miniere del Sulcis per un’ulteriore purificazione e riduzione del contenuto di Argon 39. Il progetto, oltre l’Argon, potrà aumentare la disponibilità di isotopi stabili necessari per l’avanzamento di tecniche – come la Pet – utili contro il cancro e le malattie neurodegenerative. Quando si suol dire “unire l’utile al dilettevole”.