"Finora il miglior risultato sulla materia oscura, e abbiamo appena iniziato." Ecco come gli scienziati dietro XENON1T, ora l'esperimento sulla materia oscura più sensibile al mondo, hanno commentato il loro primo risultato di un breve ciclo di 30 giorni presentato oggi alla comunità scientifica.

La materia oscura è uno dei costituenti fondamentali dell'universo, cinque volte più abbondante della materia ordinaria. Diverse misurazioni astronomiche hanno confermato l'esistenza della materia oscura, portando a uno sforzo mondiale per osservare le interazioni delle particelle di materia oscura con la materia ordinaria in rivelatori estremamente sensibili, che ne confermerebbe l'esistenza e ne chiarirebbe le proprietà. Però, queste interazioni sono così deboli che sono sfuggite al rilevamento diretto fino a questo punto, costringendo gli scienziati a costruire rivelatori sempre più sensibili. La collaborazione XENON, che con il rivelatore XENON100 ha guidato il campo per anni nel passato, è tornato in prima linea con l'esperimento XENON1T. Il risultato di una prima breve corsa di 30 giorni mostra che questo rivelatore ha un nuovo livello record di bassa radioattività, molti ordini di grandezza al di sotto dei materiali circostanti sulla Terra. Con una massa totale di circa 3200 kg, XENON1T è il più grande rivelatore di questo tipo mai costruito. La combinazione di dimensioni significativamente aumentate con uno sfondo molto più basso implica un eccellente potenziale di scoperta della materia oscura negli anni a venire.

La XENON Collaboration è composta da 135 ricercatori degli Stati Uniti, Germania, Italia, Svizzera, Portogallo, Francia, Paesi Bassi, Israele, Svezia ed Emirati Arabi Uniti. L'ultimo rivelatore della famiglia XENON è in funzione scientifica presso il laboratorio sotterraneo LNGS dall'autunno 2016. Le uniche cose che si vedono quando si visita il sito sperimentale sotterraneo ora sono un gigantesco serbatoio cilindrico di metallo riempito con acqua ultrapura per schermare il rivelatore a il suo centro, e un tre piani, edificio trasparente affollato di apparecchiature per mantenere in funzione il rilevatore.

Il rivelatore centrale XENON1T, una cosiddetta camera di proiezione temporale allo xeno liquido (LXeTPC), non è visibile. Si trova all'interno di un criostato al centro del serbatoio dell'acqua, completamente sommerso per proteggerlo il più possibile dalla radioattività naturale nella caverna. Il criostato mantiene lo xeno ad una temperatura di -95°C senza congelare l'acqua circostante. La montagna sopra il laboratorio scherma ulteriormente il rilevatore, prevenire le perturbazioni dei raggi cosmici. Ma schermare dal mondo esterno non è sufficiente poiché tutti i materiali sulla Terra contengono minuscole tracce di radioattività naturale. Così, estrema cura è stata posta nel trovare, selezionare ed elaborare i materiali del rivelatore per ottenere il contenuto radioattivo più basso possibile. Laura Baudi, professore all'Università di Zurigo e il professor Manfred Lindner del Max-Planck-Institute for Nuclear Physics di Heidelberg, sottolineare che questo ha permesso a XENON1T di raggiungere il record di "silenzio, "che è necessario per ascoltare la voce molto debole della materia oscura.

Un'interazione di particelle nello xeno liquido porta a piccoli lampi di luce. Questo è ciò che gli scienziati di XENON stanno registrando e studiando per dedurre la posizione e l'energia della particella che interagisce, e se si tratti o meno di materia oscura. Le informazioni spaziali consentono ai ricercatori di selezionare le interazioni che si verificano nel nucleo centrale da una tonnellata del rivelatore.

Lo xeno circostante protegge ulteriormente il bersaglio principale dello xeno da tutti i materiali che hanno già piccoli contaminanti radioattivi sopravvissuti. Nonostante la brevità della corsa scientifica di 30 giorni, la sensibilità di XENON1T ha già superato quella di qualsiasi altro esperimento sul campo, sondando il territorio inesplorato della materia oscura. "Le WIMP non sono apparse in questa prima ricerca con XENON1T, ma anche noi non ce li aspettavamo così presto, "dice Elena Aprile, Professore alla Columbia University e portavoce del progetto. "La notizia migliore è che l'esperimento continua ad accumulare ottimi dati, che ci permetterà di testare molto presto l'ipotesi WIMP in una regione di massa e sezione d'urto con atomi normali come mai prima d'ora. Con XENON1T è appena iniziata una nuova fase nella corsa per rilevare la materia oscura con rivelatori massicci a sfondo ultrabasso sulla Terra. Siamo orgogliosi di essere in prima linea con questo fantastico rivelatore, il primo del suo genere."