Scoperta nuova particella dal rivelatore Xenon1T

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Gli esperimenti sotto il Gran Sasso. Nel laboratorio del Gran Sasso, registrati segnali anomali nella caccia alla materia oscura: sono gli assioni? Cauti gli scienziati, che tra le spiegazioni mettono anche una fluttuazione statistica dei dati e impurità nei materiali del rilevatore. Ma non escludono nuove proprietà dei neutrini e particelle mai riscontrate che imporrebbero un nuovo modello della fisica.

Gli scienziati sono molto cauti e si guardano bene dall’annunciare nuove sensazionali scoperte. Si limitano a dire di aver riscontrato segnali anomali, lasciando spazio a spiegazioni di cui due (una fluttuazione statistica, un’impurità imprevista dei materiali) riconducibili a fenomeni spiegabili, e altre due che potrebbero aprire nuovi capitoli nella fisica. Mercoledì, nel corso di un seminario online, è stata resa nota la registrazione nell’esperimento Xenon, in corso sotto i Laboratori del Gran Sasso dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), di un numero di segnali superiore a quanto stimato (le slide della presentazione sono disponibili a questo link).

Il rilevatore Xenon1T (Infn) shadow
Il rilevatore Xenon1T (Infn) shadow

«Potrebbe essere il segnale dell’esistenza di nuove particelle, per esempio gli assioni solari, oppure potrebbe coinvolgere nuove proprietà dei neutrini, che ci porterebbe oltre il Modello standard della fisica», spiega Elena Aprile, docente della Columbia University e a capo della Collaborazione Xenon di 163 scienziati di 28 istituzioni di undici nazioni. «Per comprendere meglio la natura di questo eccesso di segnali sarà determinante il potenziamento del rivelatore Xenon1T», aggiunge Marco Selvi, responsabile nazionale dell’Infn dell’esperimento. Potenziamento che era in programma, ma che è stato posticipato almeno a fine anno a causa dell’emergenza Covid-19.

Il rilevatore

Il rivelatore Xenon1T, in funzione tra il 2016 e il 2018, fa parte di uno degli esperimenti di punta nella ricerca diretta della materia oscura. Il rilevatore contiene 3,2 tonnellate di xeno (un gas nobile) liquido ultra-puro. Quando una particella interagisce con lo xeno genera un debole segnale luminoso e libera alcuni elettroni. Gli scienziati avevano in precedenza calcolato in modo preciso il numero atteso (232) di eventi di «fondo» in un anno. Xenon1T ne ha invece osservati 285 tra febbraio 2017 e febbraio 2018.

Le ipotesi

Una spiegazione è la presenza naturale di una piccola quantità di trizio (³H), un isotopo radioattivo dell’idrogeno, che non era stata presa in considerazione in precedenza. Una seconda possibilità, molto più interessante per i fisici, è però l’esistenza di una nuova particella: l’assione. In questo caso gli assioni, che spiegherebbero una particolare simmetria delle forze che tengono assieme i nuclei degli atomi, sarebbero prodotti dal Sole . Gli assioni solari non sono candidati a costituire la materia oscura, ma la loro scoperta fornirebbe la prima osservazione di una classe di particelle mai osservate. I loro «parenti», gli assioni prodotti nell’universo primordiale, rientrano tra i possibili candidati per la materia oscura, la quale forma l’85% di tutta la materia presente nell’Universo.

C’è infine una terza ipotesi: il momento magnetico dei neutrini che sarebbe più grande di quanto previsto. Ciò implicherebbe un nuovo modello fisico per spiegare il fenomeno. I ricercatori tra le tre ipotesi considerano l’eccesso osservato più in accordo con gli assioni solari, senza escludere però una quarta ipotesi: la fluttuazione casuale del fondo. Il trizio e il momento magnetico dei neutrini sono anche loro compatibili con i dati osservati, ma hanno possibilità leggermente minori.

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