La materia oscura, quell’enigmatica sostanza invisibile che rappresenta oltre l’80% della massa dell’universo, resta uno dei più grandi misteri della fisica moderna; eppure, grazie a LUX-ZEPLIN (LZ), il rivelatore di materia oscura più sensibile al mondo, iniziamo a capirne qualcosa in più.
LZ ha pubblicato nuovi risultati che restringono il campo delle possibili particelle candidate, in particolare le famose WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), una delle ipotesi più studiate da decenni.
Cos’è LZ e dove si trova?
Il rivelatore LUX-ZEPLIN si trova a quasi 1,5 km di profondità, nel cuore del Sanford Underground Research Facility, in South Dakota (USA): il motivo? Isolarsi il più possibile dal “rumore di fondo”, cioè raggi cosmici, radiazioni naturali, disturbi ambientali e catturare i segnali più deboli dell’universo.
Il cuore del rilevatore è un contenitore in titanio con dieci tonnellate di xeno liquido purissimo, un materiale pesante e denso che, se colpito da una particella di materia oscura, potrebbe emettere luce ed elettroni. Intorno al contenitore interno c’è un secondo sistema, l’Outer Detector (OD), riempito con un liquido speciale capace di identificare eventuali falsi positivi, come neutroni o decadimenti radioattivi.
I risultati: cosa ha scoperto LZ sulla materia oscura?
Lo studio ha analizzato 280 giorni di dati (220 raccolti tra marzo 2023 e aprile 2024, più 60 precedenti). Non sono state trovate WIMP, ma è proprio questa assenza a essere significativa. LZ ha infatti potuto escludere molte delle teorie precedenti, stabilendo limiti ancora più precisi su cosa non può essere la materia oscura.
“Anche non trovare nulla è utile”, spiega Hugh Lippincott, fisico sperimentale della UC Santa Barbara. “Così facendo, aiutiamo tutta la comunità scientifica a focalizzare meglio le ricerche future.”
Perché è così difficile trovare le WIMP?
Il problema è che molte particelle comuni, come i neutroni o il radon, generano segnali identici a quelli che ci si aspetta dalle WIMP. Per questo motivo, il team ha realizzato un sistema avanzatissimo per rilevare ed escludere questi segnali ingannevoli.
“Il radon, ad esempio, segue una catena di decadimenti che può trarre in inganno,” racconta Jack Bargemann, uno degli scienziati coinvolti. “Ma siamo riusciti a monitorare l’intera sequenza e distinguerla dalle vere WIMP.”
Per evitare ogni tipo di bias cognitivo, i ricercatori hanno usato anche un trucco chiamato “salting”: durante la raccolta dati vengono inseriti falsi segnali di WIMP, che vengono rimossi solo alla fine dell’analisi. Questo permette di mantenere l’oggettività e non “vedere quello che si vuole vedere”.
Un esperimento che guarda oltre le WIMP
Anche se il focus resta sulle WIMP, il progetto LZ è molto più ambizioso. Il suo livello di precisione lo rende sensibile anche a:
- Neutrini solari, particelle provenienti dal Sole e quasi impossibili da rilevare;
- Decadimenti rari di isotopi dello xeno;
- Altre possibili forme di materia oscura, come le particelle ultraleggere.
“Abbiamo costruito una macchina che può aiutarci a rispondere a diversi misteri della fisica, non solo quello della materia oscura”, sottolinea Chami Amarasinghe, ricercatore nel team.
Il contributo italiano su progetto LZ e materia oscura? Indiretto ma strategico
Il progetto LZ è una collaborazione che coinvolge oltre 250 scienziati in 38 istituzioni tra Stati Uniti, Regno Unito, Portogallo, Svizzera, Corea del Sud e Australia. Molti dei protagonisti sono giovani ricercatori, dottorandi e post-doc, a conferma che la scienza si costruisce anche con l’entusiasmo delle nuove generazioni.
Anche se l’Italia non è direttamente coinvolta in questo specifico esperimento, molti degli strumenti e delle metodologie usate da LZ derivano da ricerche internazionali in cui anche il nostro Paese ha avuto un ruolo: basti pensare al Gran Sasso e al contributo italiano alla fisica delle particelle.
E ora?
LZ ha già raccolto quasi un terzo dei dati previsti e continuerà fino al 2028, con l’obiettivo di raggiungere 1000 giorni di osservazione e già si parla del suo possibile successore: XLZD, una nuova generazione di rivelatori ancora più sensibile.
Nel frattempo, la caccia alla materia oscura continua. Non con esplosioni spettacolari o segnali da film di fantascienza, ma con pazienza, precisione e dedizione. Perché la vera scienza è anche questo: togliere certezze sbagliate per arrivare, un giorno, alla verità.
