Gli scienziati dell'Università di Houston stanno aiutando a sviluppare una tecnologia che potrebbe contenere la chiave per svelare uno dei grandi misteri della scienza:cosa costituisce la materia oscura? Gli scienziati ritengono che la materia oscura costituisca l'85% della materia nell'universo, ma nessuno sa davvero cosa sia la materia oscura.

"Se siamo l'esperimento che trova la materia oscura, possiamo cambiare la comprensione fondamentale dell'universo come lo conosciamo, " ha detto l'assistente professore di UH Andrew Renshaw. "Possiamo davvero iniziare a capire le proprietà fondamentali dell'universo - come siamo arrivati ​​dal big bang a dove siamo, e cosa riserva il futuro".

Renshaw e il professor Ed Hungerford guidano un team di fisici del College of Natural Sciences and Mathematics nel programma DarkSide, una collaborazione di ricerca internazionale che cerca di rilevare la materia oscura sotto forma di particelle massive debolmente interagenti (WIMP). In linea di principio, quando le particelle WIMP si scontrano con nuclei ordinari, estremamente piccolo, ne risulterebbe un rinculo nucleare a bassa energia. In termini molto semplici, gli scienziati stanno cercando di costruire una tecnologia in grado di rilevare WIMPS rilevando questo piccolissimo, ma osservabile rinculo.

Il team UH sta usando il primo rivelatore di fisica del programma DarkSide, DarkSide-50 (DS-50), situato nel sottosuolo del Laboratorio Nazionale del Gran Sasso nel Centro Italia. Il team e i suoi collaboratori hanno migliorato la sensibilità del rivelatore DS-50 negli ultimi anni passando dall'argon atmosferico all'argon liquido a bassa radioattività, che è stato estratto dai pozzi di gas sotterranei in Colorado. Ma un rivelatore di prossima generazione in fase di sviluppo lo porterà ancora oltre.

DarkSide-20k (DS-20k) è attualmente in costruzione utilizzando componenti simili del presente esperimento DarkSide. Considerando che DS-50 contiene circa 9,5 galloni (50 chilogrammi) di argon liquido a bassa radioattività, questo nuovo rivelatore, DS-20k, impiegherà una nuova tecnologia di lettura e sarà circa 400 volte più grande, tenendo 3, 800 galloni (20, 000 chilogrammi) di argon liquido. Il nuovo esperimento dovrebbe iniziare ad acquisire dati presso il Laboratorio Nazionale del Gran Sasso nel 2021.

Questo rivelatore, disse Hungerford, spingerà la ricerca della materia oscura WIMP a nuovi livelli di sensibilità, speriamo di trovare l'inafferrabile WIMP. O, Egli ha detto, potrebbe dimostrare che la materia oscura non è una particella, poiché questa tecnologia si è ora dimostrata in grado di cercare tipi di materia oscura diversi dalle WIMP.

"In precedenza, se volessi cercare un tipo specifico di materia oscura, dovevi davvero cercare un tipo specifico di rilevatore. Ora con questa tecnologia ad argon liquido, sta davvero aprendo la porta all'utilizzo di una singola tecnologia per cercare una manciata di diversi tipi di materia oscura, "aggiunse Renshaw, che ha recentemente presentato i risultati di DarkSide alla UCLA Dark Matter Conference.

Mentre Hungerford e Renshaw continuano le loro ricerche a Houston, altri tre membri del team UH gestiscono le operazioni quotidiane in Italia. Il ricercatore Nicola Canci gestisce il rilevatore DS-50 e ne monitora le prestazioni.

"Il sistema criogenico che mantiene l'argon in fase liquida deve essere monitorato, e sono necessarie alcune operazioni per consentire le buone prestazioni del rivelatore. L'elettronica è monitorata. I segnali provenienti dal rivelatore sono migliorati, se necessario, e la qualità dei dati viene regolarmente controllata, " ha detto Canci.