L’isola all’avanguardia nelle ricerche sulla materia oscura
di Stefano Ambu
L’Università di Cagliari coinvolta in un innovativo studio sui neutroni. Il progetto Aria con la colonna di distillazione nelle miniere di Seruci
17 febbraio 2018
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Sardegna, Italia e Cina. E si scopre la strada giusta che, passando per i neutrini, porta dritto a scoprire i segreti più nascosti dell'atomo. In particolare dei neutroni, meno conosciuti dei protoni. La ricerca è firmata da Matteo Cadeddu, che concluderà a breve il dottorato in Fisica all'Università di Cagliari, Carlo Giunti, ricercatore all'Istituto Nazionale di fisica nucleare (Infn) a Torino, Y.F. Li e Y.Y. Zhang dell'Istituto delle alte energie dell'Accademia delle Scienze cinese. La ricerca ha permesso di misurare per la prima volta il raggio della distribuzione dei neutroni nei nuclei di Cesio e Iodio con un metodo innovativo. La soluzione è arrivata proprio dalle particelle, i neutrini appunto, che più delle altre sembrano stare per i fatti loro, apparentemente con interazioni ridotte al minimo.
Lo studio è stato appena pubblicato su “Physical Review Letters”, una tra le più prestigiose riviste di fisica, e può dare una mano anche a un progetto in corso in Sardegna. I neutrini possono infatti aiutare a sapere qualcosa di più sulla materia oscura. La ricerca, attualmente ai Laboratori nazionali del Gran Sasso, verrà portata avanti dall'esperimento DarkSide-20k. Il progetto è coordinato dal professor Alberto Devoto: ricercatori dell'Università e dell'Istituto nazionale di fisica nucleare di Cagliari collaborano su molti fronti, dalla parte teorica a quella sperimentale. E c'è in ballo il progetto collegato denominato Aria, un’altissima colonna di distillazione in costruzione nelle miniere di Seruci che servirà per la separazione isotopica del prezioso materiale che riempirà il rivelatore di DarkSide, l'argon.
Tornando alla scoperta di Cadeddu e dei suoi compagni di ricerca, la premessa è che della distribuzione spaziale dei protoni all'interno dei nuclei si conoscono molti dettagli grazie al fatto che tanti metodi sperimentali utilizzati finora sono in grado di sondare solo la parte elettricamente carica dei nuclei, per l'appunto i protoni. Al contrario sulla distribuzione dei neutroni, che sono elettricamente neutri, si sa invece sorprendentemente poco o niente. Dai modelli teorici non ci si attende che la distribuzione dei neutroni sia così diversa da quella (meglio conosciuta) dei protoni. Ma qualsiasi elemento che provenga dagli esperimenti viene considerato vitale per completare la comprensione del mondo nucleare e delle interazioni tra i protoni e neutroni, la cosiddetta “forza forte”. Lo studio ha mostrato che è possibile ricavare informazioni preziosissime sulla disposizione spaziale dei neutroni utilizzando la diffusione coerente dei neutrini con i nuclei interi. Questo processo è stato predetto teoricamente più di quarant'anni fa, ma è stato osservato sperimentalmente solo quest'anno dalla collaborazione internazionale Coherent.
È grazie all'analisi statistica di questi dati sperimentali che Cadeddu e i suoi colleghi sono riusciti a estrarre il raggio delle distribuzione dei nuclei di Cesio e di Iodio, mostrando per la prima volta che tale raggio è pari a circa 5.5 femtometri (5.5 milionesimi di miliardesimo di metro). Svelando alla comunità scientifica un nuovo metodo con cui misurare importanti parametri nuclearie. Il risultato è in qualche modo inatteso perché il raggio trovato risulta più grande di quello predetto dalla maggior parte dei modelli nucleari teorici, indicando quindi una leggera anomalia. Il lavoro continua e sono attesi per i prossimi mesi nuovi aggiornamenti e risultati.
Lo studio è stato appena pubblicato su “Physical Review Letters”, una tra le più prestigiose riviste di fisica, e può dare una mano anche a un progetto in corso in Sardegna. I neutrini possono infatti aiutare a sapere qualcosa di più sulla materia oscura. La ricerca, attualmente ai Laboratori nazionali del Gran Sasso, verrà portata avanti dall'esperimento DarkSide-20k. Il progetto è coordinato dal professor Alberto Devoto: ricercatori dell'Università e dell'Istituto nazionale di fisica nucleare di Cagliari collaborano su molti fronti, dalla parte teorica a quella sperimentale. E c'è in ballo il progetto collegato denominato Aria, un’altissima colonna di distillazione in costruzione nelle miniere di Seruci che servirà per la separazione isotopica del prezioso materiale che riempirà il rivelatore di DarkSide, l'argon.
Tornando alla scoperta di Cadeddu e dei suoi compagni di ricerca, la premessa è che della distribuzione spaziale dei protoni all'interno dei nuclei si conoscono molti dettagli grazie al fatto che tanti metodi sperimentali utilizzati finora sono in grado di sondare solo la parte elettricamente carica dei nuclei, per l'appunto i protoni. Al contrario sulla distribuzione dei neutroni, che sono elettricamente neutri, si sa invece sorprendentemente poco o niente. Dai modelli teorici non ci si attende che la distribuzione dei neutroni sia così diversa da quella (meglio conosciuta) dei protoni. Ma qualsiasi elemento che provenga dagli esperimenti viene considerato vitale per completare la comprensione del mondo nucleare e delle interazioni tra i protoni e neutroni, la cosiddetta “forza forte”. Lo studio ha mostrato che è possibile ricavare informazioni preziosissime sulla disposizione spaziale dei neutroni utilizzando la diffusione coerente dei neutrini con i nuclei interi. Questo processo è stato predetto teoricamente più di quarant'anni fa, ma è stato osservato sperimentalmente solo quest'anno dalla collaborazione internazionale Coherent.
È grazie all'analisi statistica di questi dati sperimentali che Cadeddu e i suoi colleghi sono riusciti a estrarre il raggio delle distribuzione dei nuclei di Cesio e di Iodio, mostrando per la prima volta che tale raggio è pari a circa 5.5 femtometri (5.5 milionesimi di miliardesimo di metro). Svelando alla comunità scientifica un nuovo metodo con cui misurare importanti parametri nuclearie. Il risultato è in qualche modo inatteso perché il raggio trovato risulta più grande di quello predetto dalla maggior parte dei modelli nucleari teorici, indicando quindi una leggera anomalia. Il lavoro continua e sono attesi per i prossimi mesi nuovi aggiornamenti e risultati.
