COUPP-60: un rilevatore di materia oscura

Il COUPP-60 installato allo SNOLAB Canada. (Credit: SNOLAB).

CANADA – Risale al mese di giugno del 2013 il primo esperimento che cerca i segni della materia oscura grazie a tracce lasciate dalle particelle sotto forma di piccole bolle. Gli scienziati avranno bisogno di ulteriori analisi per capire se la materia oscura ha causato una delle prime bolle generate nell’esperimento COUPP-60 situato nel laboratorio scientifico sotterraneo SNOLAB in Ontario 

La natura della materia oscura è ancora un mistero: si tratta di una sostanza invisibile che può essere individuata solo indirettamente, grazie alla forza gravitazionale che essa esercita. Gli studi sugli ammassi di galassie condotti negli anni trenta da F. Zwicky e S. Smith ne hanno evidenziato per la prima volta l’esistenza. Un ammasso è un aggregato di molte galassie separato da grandi spazi vuoti: F. Zwicky e S. Smith hanno osservato che le velocità degli aggregati sono decisamente superiori a quelle previste per un sistema gravitazionale standard – intendendo con questo termine un sistema in cui la cui massa totale è identica a quella della materia visibile. L’esistenza di una materia non visibile rappresenta una larga percentuale della massa-energia totale dell’Universo (ne ho parlato un po’ meglio qui).

Gli unici dati univoci sembrano essere quelli relativi all’Universo nel suo complesso: qui il contributo della materia ordinaria rappresenta il 4%, mentre la dark matter ne costituisce circa il 23%. Se poi ci concentriamo sul nostro sistema solare le cose si complicano. Le osservazioni indirette degli ultimi decenni, basate soprattutto sullo studio delle proprietà cinematiche delle stelle più prossime alla Terra, suggeriscono che la Via Lattea è circondata da un alone di materia oscura e che nei pressi del Sole ce ne sarebbe da tre a sei volte in più del previsto. L’esperimento COUPP-60. I tentativi per catturarla sono molteplici. “Il nostro obiettivo è quello di rendere il rivelatore più sensibile per vedere segnali di particelle che non comprendiamo”, ha detto Hugh Lippincott, ricercatore PostDoc al Fermi National Accelerator Laboratory.

COUPP-60 è un esperimento finanziato dalla Presidenza del DOE e Fermilab ha gestito il montaggio e l’installazione del rivelatore. In sostanza è un grosso vaso riempito d’acqua e di CF3I, un ingrediente purificato presente negli estintori. Il liquido nel rivelatore è mantenuto ad una temperatura e pressione leggermente superiore al punto di ebollizione; quando una particella entra nel rivelatore e perturba un atomo nel liquido trasparente, fornisce l’energia necessaria per portare il liquido vicino all’ebollizione. Le particelle di materia oscura, che dovrebbero interagire raramente con la materia, dovrebbero anche formare singole bolle nel serbatoio del COUPP-60.

“Gli eventi di questo tipo sono così rari, al punto che siamo alla ricerca di un paio di eventi per ciascun anno”, ha spiegato Hugh Lippincott. Altre particelle più comuni e interattive come i neutroni sono più propense a lasciare una scia visibile, in quanto composta da molteplici bolle che attraversano il liquido. Nel corso dei prossimi mesi, gli scienziati analizzeranno le bolle che si formano nel rilevatore per testare quanto funziona il COUPP-60 e per determinare se si vedono segnali di materia oscura. Uno dei vantaggi del rivelatore è che può essere riempito con liquidi differenti per rilevare diversi tipi di particelle (la materia oscura può, ad esempio, muoversi attraverso un miglio e mezzo di roccia, caratteristica che molte altre particelle non hanno). (Pubblicato originariamente su cyberscienza.it il 2/05/2013).

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