🐟 Pesce d’aprile! Grazie per aver scherzato con noi e i Laboratori Nazionali del Gran Sasso.
Si chiama GLASS, GLowing Advanced Shyness quantum Sensor, il nuovo progetto per la rivelazione diretta della materia oscura ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell’INFN, che si confermano così centro di punta e riferimento a livello mondiale in questo settore della ricerca di frontiera.
La materia oscura è la forma di materia più abbondante nell’universo, ma è invisibile, non emette né assorbe luce, e ad oggi la sua presenza si deduce solo dagli effetti gravitazionali che esercita sulle galassie e sulle strutture cosmiche. Ancora mai osservata sperimentalmente, la sua natura rimane perciò sfuggente e misteriosa, e la sua scoperta rappresenta una delle maggiori sfide della fisica fondamentale.
Ora, l’esperimento GLASS, frutto di una collaborazione scientifica internazionale di cui l’INFN è capofila, punta su un innovativo approccio nella tecnica di rivelazione: sfruttare come massa sensibile per l’interazione della materia oscura un composto organico liquido, miscelato con acqua e biossido di carbonio, contenuto all’interno di un grande cilindro di cristallo ultrapuro, alle cui estremità si trovano due sofisticati sensori basati su tecnologie quantistiche.
GLASS si fonda concettualmente su un meccanismo teorico noto come spontaneous shyness breaking, ovvero rottura spontanea di timidezza. Questa teoria, proposta da un gruppo di ricercatori e ricercatrici della Torsk University of Science and Technology guidati dalla professoressa Astrid Skål Hic, prevede l’esistenza di un nuovo numero quantico di sapore, la timidezza (shyness), associato alle particelle candidate a comporre la materia oscura, e così chiamato proprio perché rappresenta la loro tendenza a non interagire, o interagire pochissimo, con la materia ordinaria.
Secondo il meccanismo proposto da Hic, in composti organici liquidi, le particelle di materia oscura interagirebbero con una quasiparticella di spin intero, denominata proprio bosone di Hic, cambiando sapore: da “shy” diventerebbero “bold”. Le particelle bold avrebbero così una maggiore probabilità di interagire con la materia ordinaria, emettendo quanti di luce rivelabili. Il bosone di Hic è simile in molti aspetti a un fonone ma, mentre questo si manifesta come modo di vibrazione di un reticolo cristallino, l’Hic emergerebbe all’interno di composti organici liquidi.
GLASS, dunque, tenterà di verificare questa teoria, utilizzando l’etanolo come composto organico liquido di scintillazione. La scelta del liquido organico è ricaduta su questo composto perché è facilmente reperibile e può essere prodotto in grandi quantità a costi relativamente contenuti. Tuttavia, perché l’Hic sia stabile, è necessario che la densità di etanolo non superi mai una soglia critica. Perciò in GLASS sarà diluito con acqua e un gas come il biossido di carbonio.
“L’approccio sperimentale adottato da GLASS per testare la teoria di Hic che sfrutta l’etanolo come scintillatore sembra essere molto promettente e si basa su un principio ampiamente verificato: l’alcol facilita le interazioni”, spiega Antonio Zoccoli, presidente dell’INFN. “Così, come capita a molte persone quando prendono uno spritz in compagnia, speriamo che anche le particelle di materia oscura troveranno una costante di accoppiamento non trascurabile nell’interazione con la materia ordinaria grazie a un GLASS di etanolo. E, se l’esperimento avrà successo e osserveremo per la prima volta ai nostri Laboratori Nazionali del Gran Sasso la materia oscura, battezzeremmo le nuove particelle spritzioni, in attesa di brindare al Nobel!”.
