L’Istituto nazionale di fisica nucleare ha lanciato in questi giorni la fase di presa dati dell’esperimento Padme
MILANO – Con l’esperimento Padme l’Infn (Istituto nazionale di fisica nucleare) va alla ricerca della materia oscura. Sta per iniziare, infatti, la fase di presa dati dell’esperimento ai Laboratori nazionali dell’Infn a Frascati.
Padme è dedicato alla ricerca del fotone oscuro, un’ipotetica particella simile al fotone delle onde elettromagnetiche, ma provvista di una piccola massa. L’ipotesi su cui si basa l’esperimento è che la materia oscura sia sensibile a un nuovo tipo di forza, che non rientra tra le quattro forze fondamentali che conosciamo (gravitazionale, elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole), a cui sarebbe associato un “messaggero” chiamato appunto fotone oscuro. Questa ipotesi è prevista da alcuni modelli teorici che descrivono la materia oscura a cui i fisici di tutto il mondo danno la caccia da anni.
“Lo studio della materia oscura – ha commentato Mauro Raggi, portavoce dell’esperimento, ricercatore Infn e dell’Università La Sapienza di Roma – è una delle frontiere più affascinanti della ricerca in fisica fondamentale. Non sappiamo di cosa sia fatta, ma sappiamo che è costituita da qualcosa di diverso dalle particelle che compongono la materia ordinaria come i protoni, i neutroni o gli elettroni”.
“Padme – ha aggiunto Paolo Valente, co-portavoce dell’esperimento, ricercatore Infn e dell’Università La Sapienza di Roma – entrerà in presa dati nelle prossime settimane e si metterà subito a caccia del fotone oscuro, una particella simile al fotone ordinario ma contraddistinto dal fatto di avere una piccola massa”.
Al centro dello studio vi è un apparato di misura piccolo, ma estremamente preciso, in grado di osservare la produzione di fotone oscuro in collisioni di elettroni e anti-elettroni, chiamati positroni. L’esperimento è installato nella sala sperimentale della struttura di test (Btf) dell’acceleratore lineare dei Lnf che accelera positroni “sparandoli” su un bersaglio di diamante. Interagendo con gli elettroni atomici, i positroni potrebbero produrre i fotoni oscuri assieme a un fotone visibile.
Per funzionare, l’esperimento ha bisogno di un campo magnetico sviluppato da un magnete realizzato al Cern Super-Proto-Sincrotrone. Il calorimetro di Padme è composto da circa 600 cristalli scintillanti inorganici e fornirà una misura precisa delle caratteristiche del fotone visibile da cui è possibile estrarre preziose informazioni sull’esistenza e sulla massa del fotone oscuro.
Padme è frutto di una collaborazione internazionale che coinvolge ricercatori dell’istituto Mta Atomki di Debrecen, in Ungheria, dove già sono stati svolti esperimenti sul fotone oscuro e dell’Università di Sofia, in Bulgaria, che si occuperà dei rivelatori a barre scintillanti. Sono anche membri della collaborazione Cornell University, Iowa University e William and Mary College.
Il bersaglio, il calorimetro e il monitor di fascio di Padme rappresentano il frutto di tecnologie innovative al cui sviluppo hanno cooperato partners industriali e del mondo della ricerca (ricercatori Infn e della struttura della materia). Il bersaglio di Padme è una membrana dello spessore di un decimo di millimetro di diamante artificiale policristallino e costituisce un dispositivo innovativo con funzione di rivelatore. È stato realizzato da partner industriali in stretta collaborazione con i laboratori Infn. Una collaborazione che ha anche consentito di sviluppare una nuova tecnica per la realizzazione degli elettrodi basata sull’irraggiamento con luce laser della superficie del diamante per produrre strisce di grafite conduttive.
Il calorimetro è un esempio di come tecnologie sviluppate nella ricerca di base abbiano poi importanti ricadute in svariati campi applicativi di grande impatto sociale. Infatti, esso è costruito con una tecnologia nata per la fisica delle particelle, che si è poi diffusa, grazie alle caratteristiche di granularità, alta efficienza e densità, nel campo della diagnostica medica, come per esempio la Pet. Il monitor di fascio è stato costruito grazie a una tecnologia a pixel di silicio chiamata TimePix, sviluppata al Cern, e realizzato in collaborazione con un’azienda della repubblica Ceca (Advacam) che sta lavorando ad applicazioni industriali di questa tecnologia.
