Nel profondo sotto una montagna della catena appenninica in Italia, un intricato apparato cerca la materia oscura dell'universo. Gli studenti di fisica dell'Università del Massachusetts hanno giocato un ruolo cruciale nelle ultime scoperte del rivelatore DarkSide-50 e, infatti, hanno fatto parte di questo progetto sin dal suo inizio.

Il professore di fisica Andrea Pocar e i suoi studenti hanno progettato e costruito una griglia che è uno dei componenti chiave di DarkSide-50, creato nel 2009 da una coalizione internazionale e ospitato nel Laboratorio Nazionale del Gran Sasso d'Italia. Studenti come Arthur Kurlej '15 e Kirsten Randle '15 hanno progettato, assemblato, e saldato questo delicato apparato in posizione.

Mentre la materia oscura può essere dedotta dai suoi effetti gravitazionali, i fisici hanno grande difficoltà a identificarlo, poiché altrimenti difficilmente interagisce con la materia "normale". Quindi devono innovare i modi per rilevarlo.

DarkSide-50 utilizza una vasca di argon liquido con una piccola sacca di gas argon nella parte superiore come bersaglio per attirare le particelle che si ritiene costituiscano la materia oscura. L'argon liquido è il bersaglio delle particelle di materia oscura, mentre la sacca di gas è strumentale nell'amplificare il segnale risultante. Il nucleo di argon è circondato da un grande volume di fluido scintillante pulito che lo protegge dalla radioattività ambientale che può imitare i segnali della materia oscura. Il lampo di luce prodotto quando una particella colpisce il nucleo di un atomo di argon sarà un indicatore per i ricercatori che sono sul sentiero giusto.

Il processo per scoprire la materia oscura significa diventare un esperto assoluto di tutto ciò che la materia oscura non è. La studentessa laureata Alissa Monte cerca eventi che accadono ai confini del rivelatore dove è meno efficiente raccogliere la luce, dove la carica può rimanere intrappolata, o gli eventi perdono energia con effetti marginali. Il suo lavoro in queste regioni meno "ideali" aiuta i ricercatori a comprendere il comportamento dell'intero rivelatore.

Stare in attesa della materia oscura è un processo simile allo zen. "Se vogliamo vedere la materia oscura, è un segnale totalmente nuovo, " spiega Pocar. "C'è radioattività in ogni cosa. Quindi devi sapere come appaiono quei segnali nel tuo rivelatore e come potrebbero mascherarsi da materia oscura".

"Se vediamo un evento intrufolarsi, "Pocar continua, "questo è statisticamente estremamente significativo. Saremmo costretti a iniziare a sostenere che in realtà è un segnale".

Monte ha presentato il suo poster al simposio Dark Matter 2018 alla UCLA, dove lei e il resto del team di Pocar hanno dato il loro primo rapporto sull'elevata sensibilità dello strumento per una particolare classe di principi della materia oscura. Il team aveva raccolto dati per una misurazione che non si aspettavano nemmeno di poter fare.

"Si è scoperto che eravamo più sensibili di qualsiasi esperimento attualmente in esecuzione in un determinato intervallo di massa, " racconta Pocar. "Ci sono stati alcuni decenni di ricerca che spingono i limiti cercando la roba pesante ma senza trovare nulla. La gente ha iniziato a chiedersi che forse non è il posto giusto per cercarlo. Quindi eccoci a questo esperimento in cui stanno iniziando a comparire diversi esperimenti".

Il team ha ora acquisito una "comprensione squisita" del modo in cui il rilevatore indica gli eventi di fondo. "Nessuno si aspettava nemmeno che dicessimo qualcosa su questa materia oscura a bassa massa, e impostiamo la migliore sensibilità del mondo, "dice Pocar. "Improvvisamente, siamo un giocatore in questo gioco".