La collaborazione internazionale ALPS II ("Qualsiasi ricerca di particelle di luce") ha installato oggi il primo di 24 magneti superconduttori, segnando l'inizio dell'installazione di un esperimento di fisica delle particelle unico per cercare la materia oscura. Situato presso il centro di ricerca tedesco DESY di Amburgo, inizierà a raccogliere dati nel 2021 cercando particelle di materia oscura che letteralmente fanno risplendere la luce attraverso un muro, fornendo così indizi su una delle più grandi domande della fisica odierna:qual è la natura della materia oscura?

"È molto emozionante vedere finalmente prendere forma nel tunnel il progetto a cui molti di noi stanno lavorando da così tanti anni, Il portavoce di ALPS-II, Axel Linder di DESY, ha dichiarato:"Quando l'installazione e la messa in servizio procederanno come previsto, potremo iniziare la ricerca nella prima metà del 2021".

La materia oscura è uno dei più grandi misteri della fisica. Osservazioni e calcoli del moto delle stelle nelle galassie, Per esempio, mostrano che ci deve essere più materia nell'Universo di quanta ne possiamo spiegare con le particelle di materia conosciute oggi. Infatti, la materia oscura deve costituire l'85% di tutta la materia dell'Universo. Però, attualmente non sappiamo cosa sia. Ma sappiamo che non interagisce con la materia normale ed è essenzialmente invisibile, così che è chiamato "scuro".

Esistono diverse teorie che cercano di spiegare la natura della materia oscura e le particelle di cui può consistere. Una di queste teorie afferma che la materia oscura è costituita da particelle molto leggere con proprietà molto specifiche. Un esempio è l'assione che è stato originariamente postulato per spiegare gli aspetti dell'interazione forte, una delle forze fondamentali della natura. Ci sono anche osservazioni astrofisiche sconcertanti come discrepanze nell'evoluzione dei sistemi stellari, che potrebbe anche essere spiegato dall'esistenza di assioni o particelle simili ad assioni.

È qui che entra in gioco ALPS II. È progettato per creare e rilevare quegli assioni. Un forte campo magnetico può trasformare gli assioni in fotoni e viceversa. "Questa bizzarra proprietà era già stata sfruttata nell'esperimento iniziale ALPS I che abbiamo condotto dal 2007 al 2010. Nonostante le sue dimensioni limitate, ha raggiunto le migliori sensibilità mondiali per questo tipo di esperimenti, " disse Benno Willke, il leader dell'ALPS e del gruppo di sviluppo laser presso il Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute) e presso l'Institute for Gravitational Physics della Leibniz Universität di Hannover.

ALPS II è stato installato in una sezione rettilinea del tunnel dell'ex acceleratore di fisica delle particelle HERA di DESY. Ventiquattro magneti acceleratori superconduttori, dodici su entrambi i lati di un muro, ospitano due cavità ottiche lunghe 120 metri. Un potente e intricato sistema laser produce luce che viene amplificata dalla cavità all'interno del campo magnetico e, ad una piccolissima frazione, converte in particelle di materia oscura. Una barriera che blocca la luce, un muro, separa il secondo compartimento di ALPS II, ma questo muro non è un ostacolo per assioni e particelle simili che possono facilmente attraversarlo. Nella seconda cavità le particelle di materia oscura si riconverterebbero in luce. Il minuscolo segnale verrà captato da sistemi di rilevamento dedicati.

Il più di 1, Il miglioramento di 000 volte della sensibilità di ALPS II è reso possibile dall'aumento della lunghezza delle stringhe magnetiche, ma anche dai significativi progressi nelle tecnologie ottiche. "Questi progressi sono emersi dal lavoro sugli interferometri a onde gravitazionali come GEO600 e LIGO, e mostrare bene come i progressi tecnologici in un'area consentano il progresso in altri, ", ha dichiarato il co-portavoce Guido Mueller dell'Università della Florida a Gainesville.

ALPS II è anche un esempio di riciclo nella ricerca:non solo riutilizza un tratto di tunnel che un tempo ospitava l'acceleratore di particelle di punta di DESY, ma riutilizza anche gli stessi magneti che guidavano i protoni intorno all'anello fino al 2007. Questi magneti dovevano essere riprogettati per adattarsi agli scopi ALPS:la leggera curva necessaria in un anello acceleratore doveva essere rimossa per consentire ai fotoni di propagarsi attraverso di essi.

La collaborazione ALPS II è composta da circa 25 scienziati di questi istituti:DESY, il Max Planck Institute for Gravitational Physics (Albert Einstein Institute) e l'Institute for Gravitational Physics della Leibniz Universität di Hannover, la Johannes Gutenberg-Universität Mainz, l'Università della Florida a Gainesville, e Università di Cardiff. Oltre a questo, la collaborazione è supportata da partner in tutto il mondo come il National Metrology Institute (PTB) in Germania e il National Institute of Standards and Technology negli Stati Uniti. L'esperimento è finanziato principalmente da DESY, la Fondazione Heising-Simons, la Fondazione Nazionale della Scienza degli Stati Uniti, la tedesca Volkswagen Stiftung e la German Research Foundation (DFG).

A DESY, ALPS II potrebbe essere solo il primo esperimento all'interno di un nuovo approccio strategico per affrontare la materia oscura. "Collaborazioni internazionali stanno preparando l'esperimento IAXO per la ricerca degli assioni emessi dal Sole e dal rivelatore MADMAX, che cercherà direttamente gli assioni come costituenti della materia oscura locale che ci circonda", ha spiegato Joachim Mnich, Direttore di DESY per la fisica delle particelle.