I risultati della sua prima esecuzione indicano che XENON1T è il rivelatore di materia oscura più sensibile sulla Terra. La sensibilità del rivelatore - una sentinella sotterranea in attesa di una collisione che confermerebbe un'ipotesi - deriva sia dalle sue dimensioni che dal suo "silenzio". Protetto da roccia e acqua, e purificato con un sofisticato sistema, il rivelatore ha dimostrato un nuovo livello record di bassa radioattività, molti ordini di grandezza al di sotto del materiale circostante sulla Terra.

"Stiamo vedendo dati di ottima qualità da questo rilevatore, che ci dice che sta funzionando perfettamente, " ha detto Ethan Brown, un membro della collaborazione XENON1T, e assistente professore di fisica, fisiche applicate, e astronomia al Rensselaer Polytechnic Institute.

La materia oscura è teorizzata come uno dei costituenti fondamentali dell'universo, cinque volte più abbondante della materia ordinaria. Ma poiché non può essere visto e raramente interagisce con la materia ordinaria, la sua esistenza non è mai stata confermata. Diverse misurazioni astronomiche hanno confermato l'esistenza della materia oscura, portando a uno sforzo mondiale per osservare direttamente le interazioni delle particelle di materia oscura con la materia ordinaria. Fino ad oggi, le interazioni si sono rivelate così deboli da essere sfuggite al rilevamento diretto, costringendo gli scienziati a costruire rivelatori sempre più sensibili.

Dal 2006, la XENON Collaboration ha operato tre rivelatori di xeno liquido successivamente più sensibili nel Laboratorio Sotterraneo del Gran Sasso (LNGS) in Italia, e XENON1T è la sua impresa più potente fino ad oggi e il più grande rivelatore di questo tipo mai costruito. Le interazioni delle particelle nello xeno liquido creano minuscoli lampi di luce, e il rivelatore ha lo scopo di catturare il lampo dalla rara occasione in cui una particella di materia oscura si scontra con un nucleo di xeno.

Ma altre interazioni sono molto più comuni. Per schermare il più possibile il rivelatore dalla radioattività naturale nella caverna, il rivelatore (una cosiddetta camera di proiezione temporale allo xeno liquido) si trova all'interno di un criostato immerso in un serbatoio d'acqua. Una montagna sopra il laboratorio sotterraneo protegge ulteriormente il rivelatore dai raggi cosmici. Anche con la schermatura dal mondo esterno, i contaminanti penetrano nello xeno dai materiali utilizzati nel rivelatore. Tra i suoi contributi, Brown è responsabile di un sistema di purificazione che pulisce continuamente lo xeno nel rivelatore.

"Se lo xeno è sporco, non vedremo il segnale di una collisione con la materia oscura, "Ha detto Brown. "Mantenere pulito lo xeno è una delle principali sfide di questo esperimento, e il mio lavoro prevede lo sviluppo di nuove tecniche e nuove tecnologie per stare al passo con questa sfida".

Brown aiuta anche a calibrare il rilevatore per garantire che le interazioni registrate possano essere identificate correttamente. In rari casi, Per esempio, il segnale di un raggio gamma può avvicinarsi al segnale atteso di una particella di materia oscura, e una corretta calibrazione aiuta a escludere segnali falsi positivi simili.

Nel documento "First Dark Matter Search Results from the XENON1T Experiment" pubblicato su arXiv.org e inviato per la pubblicazione, la collaborazione ha presentato i risultati di una corsa di 34 giorni di XENON1T da novembre 2016 a gennaio 2017. Sebbene i risultati non abbiano rilevato particelle di materia oscura, note come "particelle massicce a interazione debole" o "WIMP", la combinazione di bassi livelli di radioattività record con la dimensione del rivelatore implica un ottimo potenziale di scoperta negli anni a venire.

"Una nuova fase nella corsa per rilevare la materia oscura con rivelatori massicci di fondo ultrabasso sulla Terra è appena iniziata con XENON1T, " ha detto Elena Aprile, professore alla Columbia University e portavoce del progetto. "Siamo orgogliosi di essere in prima linea con questo fantastico rivelatore, il primo del suo genere."