Un esperimento sulla materia oscura trova qualcosa...ma non quello che cercava

Un esperimento per la ricerca della materia oscura ha finalmente annunciato di aver trovato qualcosa, ma non si tratta di quello che cercava. I responsabili di XENON1T, l'esperimento in questione, hanno riportato un grande numero di segnali che non sanno ancora interpretare.

"Abbiamo osservato un eccesso...ma non sappiamo cosa sia," spiega Evan Shockley dell'Università di Chicago, durante un seminario virtuale in cui sono stati presentati i risultati.

I segnali possono essere spiegati da strane particelle chiamate assioni solari, o da proprietà magnetiche insolite di particelle come i neutrini. Oppure potrebbe essere molto più banale di così, una piccola quantità di trizio, un isotopo radioattivo dell'idrogeno, potrebbe essere finita all'interno del rilevatore.

Nessuna delle possibili soluzioni ha a che fare con l'originale obiettivo di XENON1T, cioè la ricerca della materia oscura; componente sconosciuta dell'Universo e la cui scoperta sarebbe importantissima per comprendere i segreti dell'Universo.

XENON1T si trova nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso e si occupa di cercare materia oscura grazie ad un grande recipiente con xenon liquido. Fino ad ora l'esperimento non aveva trovato nulla, ma nell'ultima analisi dei dati hanno osservato qualcosa di inaspettato; quando hanno raccolto i segnali provenienti dalla ricombinazione degli elettroni, dovuta al passaggio di particelle, hanno osservato un eccesso di segnali alle basse energie. La fisica standard prevede 232 ricombinazioni mentre l'apparato sperimentale ne ha contati 285.

"Questo è eccitante," racconta il fisico teorico Dan Hooper, del Fermilab. "Ma tristemente diventa tutto meno eccitante quando si approfondisce la questione, questo perché le soluzioni più interessanti sembrano essere smentite da altre misure."

Una delle possibili risposte al mistero di XENON1T sono gli assioni solari, ipotetiche particelle con carica nulla prodotte dal Sole. Se queste particelle esistessero, verrebbero prodotte anche da altre stelle e provocherebbero un raffreddamento di quest'ultime più grande di quello misurato.

Un'altra possibilità è il passaggio di particelle leggere come i neutrini. Per spiegare le misure, quest'ultimi dovrebbero avere un momento magnetico, cioè comportarsi come dei piccoli magneti. Anche questa soluzione è in contrasto con misure che riguardano oggetti celesti, come i tempi di raffreddamento delle nane bianche.

Perché queste soluzioni possano funzionare, dovremmo aver frainteso qualche meccanismo di raffreddamento delle stelle. Tuttavia l'esistenza degli assioni solari potrebbe spiegare un altro mistero della fisica: perché la forza nucleare forte obbedisce alla simmetria CP, a differenza delle altre interazioni.

La possibilità più concreta è che una piccola quantità di trizio, un isotopo di idrogeno con due neutroni nel nucleo, abbia contaminato l'esperimento. Quando il trizio decade emette degli elettroni e sarebbe responsabile dell'eccesso di segnale di XENON1T.

Anche se potremmo non trovare mai la materia oscura (forse perché non esiste), questo risultato è comunque molto importante per questo tipo di esperimenti, perché evidenzia la capacità di rilevare con precisione segnali molto deboli.