Nuove tecnologie per rilevare la materia oscura
Quasi tutta l’energia immagazzinata nel nostro universo esiste in qualità di materia oscura; eppure, nonostante la sua abbondanza, le nostre conoscenze al riguardo sono sorprendentemente ridotte. «La materia oscura, che sembra interagire principalmente attraverso la forza di gravità, è probabilmente composta da particelle elementari che non sono ancora state identificate», spiega Marcin Kuźniak, capogruppo del Centro tecnologico e scientifico di astrofisica delle particelle, un’unità autonoma del Centro astronomico Nicolaus Copernicus (NCAC) dell’Accademia delle scienze polacca. Tuttavia, si tratta solo di un’ipotesi: cosa sia la materia oscura e come si generi è infatti tuttora uno dei grandi problemi irrisolti della fisica. Ma la cortina che avvolge da tempo questo mistero sta iniziando a ritrarsi, anche grazie a iniziative come il progetto DarkWave, finanziato dall’UE e dall’industria. DarkWave sta sviluppando nuove tecnologie che consentiranno lo sviluppo della prossima generazione di rivelatori di materia oscura utilizzati per osservare l’universo. «Avvalendosi delle giuste tecnologie, questi rivelatori molto grandi, di solito situati in laboratori sotterranei, potrebbero permetterci di rilevare direttamente la materia oscura», aggiunge Kuźniak, che ha rivestito il ruolo di coordinatore del progetto.
Le nuove tecnologie rendono i rilevatori più sensibili
Nel corso del progetto i ricercatori dell’NCAC, in collaborazione con quattro istituzioni partner in Francia, Germania e Italia, hanno sviluppato un portafoglio completo di tecnologie per il rilevamento della materia oscura tra cui nuovi materiali per convertitori di lunghezza d’onda e fotosensori, oltre a sensori sismici e di infrasuoni inediti utilizzabili al fine di monitorare i livelli di rumore di fondo presente intorno al rivelatore. I ricercatori hanno anche creato algoritmi per l’elaborazione e l’analisi dei segnali che possono essere usati allo scopo di estrarre informazioni dai dati raccolti dai rilevatori e il progetto ha inoltre permesso agli scienziati di acquistare i materiali loro necessari per condurre esperimenti, ricerche e test. «Tutte queste tecnologie e tale supporto contribuiscono a rendere i rivelatori più sensibili che mai», osserva Kuźniak.
Portare i rivelatori di materia oscura al livello successivo
Queste tecnologie hanno già esercitato un impatto diretto sulla ricerca intesa a comprendere la natura della materia oscura. Ad esempio, il rivelatore DarkSide-20k in fase di costruzione sta beneficiando di nuovi materiali fluorescenti e riflettenti sviluppati dal progetto che consentiranno di migliorare in modo significativo la sensibilità di raccolta della luce del rivelatore, semplificandone al contempo la costruzione. DarkWave ha per di più contribuito alla creazione di due banchi di prova criogenici a Varsavia dove questi tipi di materiali, congiuntamente a modernissimi array di fotosensori, si trovano attualmente in fase di test in condizioni rappresentative prima di essere installati nel rivelatore. Inoltre, DarkWave ha riunito le comunità della materia oscura e quella delle onde gravitazionali: per esempio, nel corso del suo svolgimento sono state sviluppate e collaudate nuove reti di sensori sismici e di infrasuoni per il monitoraggio del rumore di fondo presso l’osservatorio di onde gravitazionali Virgo, che sono state impiegate anche al fine di mappare l’ambiente sismico e infrasonico del sito di sperimentazione sotterraneo di DarkSide-20k.
Aiutare i giovani scienziati a fare esperienza pratica
Al di là della tecnologia, il progetto si è concentrato sugli obiettivi di sostenere i giovani scienziati e i ricercatori nella fase iniziale della propria carriera e di potenziare le capacità dell’istituto che ha ospitato il progetto attraverso la collaborazione con istituzioni partner avanzate. Con il sostegno di DarkWave, questi ricercatori hanno potuto partecipare a diverse campagne di misurazione presso il CERN e Virgo, tra gli altri centri coinvolti. «La mobilità concessa dal progetto si è trasformata in un catalizzatore per l’accumulo di conoscenze e la raccolta di esperienze, diventando uno dei risultati più sostanziali e importanti da esso ottenuti», osserva Yuliya Hoika, specialista in materia di coordinamento dei progetti dell’UE presso l’NCAC. Questi ricercatori, congiuntamente all’intero team del progetto, sono ora pronti a continuare a far progredire la conoscenza, la collaborazione in rete e le idee innovative promosse da DarkWave, tra cui l’esplorazione del potenziale di commercializzazione di alcune delle soluzioni sviluppate nel corso del progetto, nonché il lancio di STELLAR con il supporto del programma di azioni Marie Skłodowska-Curie e del progetto finanziato dall’UE Astrocent Plus, entrambe iniziative svolte nell’ambito di Orizzonte Europa.
Parole chiave
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