Una svolta nell'esperimento sulla materia oscura: la tecnologia Münster in uso!

Una svolta nell'esperimento sulla materia oscura: la tecnologia Münster in uso!

Le sfide della fisica moderna sono diverse, ma la ricerca della materia oscura è una delle più grandi. La materia oscura costituisce circa l’85% della materia nell’universo, ma finora è rimasta senza prove dirette. Tuttavia, trovare le ipotetiche particelle che potrebbero essere responsabili della materia oscura richiede tecnologie all’avanguardia. L’Università di Münster ha uno sviluppo notevole da mostrare in questo contesto: un sistema di distillazione che viene utilizzato nell’esperimento sulla materia oscura “XENONnT” nel laboratorio sotterraneo del Gran Sasso in Italia. Come l'Università di Münster segnalato, l'obiettivo di questa tecnica è rilevare interazioni estremamente rare tra particelle che potrebbero fornire informazioni sulla natura della materia oscura.

Il focus di questa tecnologia innovativa è la riduzione della radioattività del radon. Il radon è un gas radioattivo che crea segnali di interferenza indesiderati nei rilevatori, rendendo difficile misurare i segnali che stai cercando. Per contrastare questo fenomeno, un team guidato dal Prof. Dr. Christian Weinheimer dell'Università di Münster ha sviluppato un sistema di distillazione criogenica che riduce la concentrazione di radon nel rilevatore alla spettacolare cifra di 430 atomi di radon per tonnellata di xeno liquido. Questo valore è un miliardo di volte inferiore alla radioattività naturale del corpo umano, il che migliora significativamente la qualità delle misurazioni. Forte Corrente MS I segnali di interferenza causati dal radon sono ormai così rari da essere paragonabili all'interferenza causata dai neutrini provenienti dal sole.

Conquiste tecnologiche e cooperazione internazionale

La struttura del rilevatore XENONnT è stata ottimizzata per garantire un'eccellente purezza dello xeno liquido utilizzato. Il rilevatore funziona a circa meno 95 gradi Celsius e contiene 8,5 tonnellate di xeno. L’uso di materiali ultra puri riduce significativamente i segnali di interferenza, rendendo questo progetto un pioniere nella ricerca sulla materia oscura. Allo stesso tempo, la tecnologia sviluppata apre nuove prospettive per rilevatori più grandi e più sensibili, come il previsto osservatorio allo xeno liquido XLZD, che funzionerà con una quantità di xeno dieci volte superiore. Queste pietre miliari tecnologiche sono state supportate da collaborazioni internazionali in cui svolgono un ruolo anche gli istituti di ricerca tedeschi. La ricerca riceve il sostegno del Consiglio europeo della ricerca (CER) e del Ministero federale per la ricerca, la tecnologia e lo spazio.

Oltre allo sviluppo dell'hardware, negli esperimenti vengono studiate anche soluzioni software per il controllo del rumore di fondo indesiderato. I ricercatori stanno lavorando su algoritmi in grado di identificare gli eventi di radon e quindi mantenere l’integrità dei dati. Mentre l'esperimento XENON1T ha ottenuto i primi successi in questa direzione, come in una Articoli sugli sfondi al radon menzionato, il successivo esperimento XENONnT sarà ancora più efficiente nel ridurre il gas radon grazie ai miglioramenti apportati alla progettazione del rivelatore.

In sintesi, i progressi nella riduzione dell’interferenza del radon nell’esperimento XENONnT non solo aumentano la precisione della misurazione, ma gettano anche le basi per futuri progressi nella ricerca sulla materia oscura. Con le nuove soluzioni tecniche gli scienziati dell’Università di Münster stanno facendo un passo significativo verso una migliore comprensione dell’universo.