grande ciccio! ti leggo sempre quando ho tempo!
Mi fa molto piacere. Purtroppo gli ultimi due-tre giorni sono stati un po' monotoni, ma speriamo che terminata questa settimana di fuoco se ne apra una più interessante
Scientifico. Interessante, quindi state ricercando la materia oscura.
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Yes.
Qualcuno può mettere
Aria sulla quarta corda? Sì, proprio quella, sì, grazie. Bene, adesso con il giusto sottofondo musicale posso iniziare.
Iniziamo.
Per i non addetti ai lavori, sappiate che di tutta la merda che c'è nell'Universo riusciamo a vedere solamente una piccolissima parte, tipo il 5-6%: il resto, che non riusciamo direttamente a percepire con gli strumenti (ma di cui vediamo gli effetti, ad esempio gravitazionali), è noto con il nome di
Materia Oscura ed
Energia Oscura, a seconda del comportamento attribuito a quest'entità non percepibile.
Il termine
Oscura è quanto mai appropriato, dato che non solo non la vediamo, ma non sappiamo neppure cosa sia, ed al momento si manifesta solamente nelle complicate equazioni teoriche che tentano di spiegare l'Universo visto come struttura organica ed unitaria.
Per indagare il Cosmo, l'Uomo deve essenzialmente trovare delle relazioni di causa-effetto tra le cose, stabilire "in che modo" succede la tal cosa e tentare di creare un modello matematico per dare una spiegazione coerente, che permetta tra l'altro di fare previsioni su eventi futuri dello stesso tipo. Il giocatore di biliardo professionista mette la palla in buca dopo aver colpito 10 sponde perchè sa che se la colpisce in un certo modo essa si muoverà in un certo modo, tutte nozioni che la Meccanica (la branca della Fisica che studia il movimento dei corpi) enuncia chiaramente.
Per stabilire relazioni di causa-effetto nel mondo delle particelle, il fisico ha a disposizione il concetto di "interazione" tra particelle elementari, ossia, per l'appunto, interazioni tra due o più corpuscoli sulla base di una delle 4 forze fondamentali dell'Universo, che in ordine di intensità sono quella gravitazionale, quella debole (responsabile dei decadimenti beta, tra le altre cose), quella elettromagnetica e quella forte (che è quella che tiene uniti i quark nei protoni, per dire, oltre che i protoni e neutroni in atomi).
Non è detto che una particella possa essere soggetta a qualunque tipo di forza. Una particella priva di carica, ad esempio, non interagisce elettromagneticamente, è necessaria una massa per interagire gravitazionalmente, e via dicendo. La MO è strana. Non interagisce elettromagneticamente, quindi dev'essere priva di carica elettrica; non interagisce forte, perchè la forza forte è particolare e segue regole un po' più complicate rispetto alle altre due, regole che escludono questo tipo di interazione; non restano che l'interazione gravitazionale (e quella ce l'hanno tutte le cose dotate di massa, e che data la sua intrinseca debolezza non viene mai usata nell'ambito della Fisica delle Particelle) e quella debole. Ci sono dei problemi, tuttavia: esistono dei modelli e delle ipotesi associati alle particelle di MO, ed in questi modelli esse interagiscono con un'intensità che è addirittura minore rispetto a quella della forza debole, il che significa che, essenzialmente, non sappiamo che cacchio fanno; purtuttavia questi modelli ci confermano che, sebbene molto, molto debolmente, queste particelle interagiscono in qualche modo, ed è su questa caratteristica che giocano i rivelatori di Materia Oscura.
Ed ecco a voi DarkSide.
L'esperimento in breve è molto elegante: il componente più interno è una tanica in cui è presente dell'argon liquido ed, in superficie, un sottile strato di argon gassoso. Perchè argon? Perchè è un elemento nobile, estremamente stabile e con altre proprietà apprezzabili dal punto di vista dello sperimentatore, come un buon fattore di forma nucleare, oltre al fatto che è facile da ottenere e liquefare anche in grossi quantitativi. Perchè liquido? Perchè in questo stato permette unba maggiore densità e ricostruzione delle interazioni che avvengono al suo interno, oltre a permettere, nello stato liquido, una serie di processi fisici che aiutano nella ricerca delle interazioni di Materia Oscura.
Insomma c'è questa tanica di argon liquido. Supponiamo che arrivi, per caso, una particella di MO: questa "tozza" contro un atomo di argon, ossia interagisce, non sappiamo come, nè perchè, ma lo fa, ed avvengono due processi, la "ionizzazione" (ossia strappa degli elettroni all'atomo) ed "eccitazione" (ossia cede parte della sua energia all'argon stesso, che passa allo stato energetico superiore). A quel punto si registra il primo segnale: l'argon eccitato deve tornare allo stato fondamentale (una delle principali leggi della Natura è che essa è una uallera, cerca sempre lo stato a minima energia possibile), e lo fa emettendo energia sotto forma di un fotone, cioè luce: questo segnale luminoso viene registrato da due batterie di rilevatori di luce, ed è il segno che "è successo qualcosa". Non dimentichiamoci gli elettroni strappati: poichè nella tanica viene applicato un campo elettrico, gli elettroni liberati vengono fatti risalire verso il sottile strato di argon gassoso: una volta raggiunta la superficie di separazione, una griglia metallica carica elettrostaticamente li estrae dal liquido e li accelera nel gas, dove danno luogo ad un altro fenomeno di ionizzazione del gas, detto "elettroluminescenza". Il risultato è un altro segnale luminoso, anch'esso raccolto dalle due batterie di fotorivelatori.
Quindi. La combinazione del primo segnale di luce (S1), seguito dal secondo (S2) è la prova che dentro la tanica (che si chiama "camera a proiezione temporale", o TPC) è successo qualcosa: sapendo a che velocità si muovono gli elettroni nell'argon (e lo sappiamo) misurando la differenza di tempo tra S1 ed S2 si registra la profondità a cui è avvenuto il tozzamiento della particella di MO (ed ecco perchè è detta "a proiezione temporale"); a seconda di QUALE dei rilevatori di luce ha registrato la maggiore intensità luminosa è possibile invece capire la coordinata x ed y del punto dell'interazione. Il risultato? Una ricostruzione 3D dell'evento.
Sembrerebbe tutto bellissimo, ma ci sono un mare di problemi. Chi ci dice che a tozzare è stata una particella di MO e non, che ne so, un raggio cosmico, il risultato di un decadimento (l'argon DEVE essere puro, altrimenti alcuni suoi isotopi, nello specifico
39Ar e
40Ar, decadono ed i prodotti di decadimento cacano il cazzo), o un neutrone che si trovava a passare da quelle parti proveniente dai materiali circostanti? Ci sono degli indizi. Ci sono millemila variabili che possono essere utili per distinguere il segnale vero, proveniente da una particella di MO, da quel che viene definito "fondo sperimentale". Ad esempio, se la quantità di luce registrata in S1 è molto, molto elevata, significa che la particella che ha tozzato doveva essere molto, molto energetica, e questo non è il caso delle particelle di MO; oppure, se il tozzamiento è avvenuto troppo vicino al fondo o alla superficie dell'argon liquido ci possono essere stati dei problemi con il campo elettrico, quindi S2 potrebbe essere stato raccolto male. Insomma, il lavoro del fisico è scavare dentro un mare di merda per trovare quello che gli serve. Tanto per facilitarsi il compito, l'argon utilizzato è "ultrapuro", ossia privo di componenti radioattive; tutto l'apparato è situato sotto terra, per proteggersi dai raggi cosmici; attorno a questa tanica ce ne sono altre due contenenti materiali che reagiscono alle possibili fonti di fondo sperimentale: ricordate il neutrone che passeggiava a cazzo, uscito dalle rocce circostanti? Avrebbe dato segnale sia nella TPC, ma anche in quello che viene definito "veto attivo", altri strumenti sensibili ad un certo tipo di fondo, quindi l'unione dei due segnali, nell'argon e nel veto, avrebbe fatto capire che quello non è un segnale di MO, ma un neutrone.
E veniamo alle mie 8 tracce. Quelle maledette hanno tutte le caratteristiche che le contraddistinguono come particelle alfa: sono fondo, quindi vanno identificate in modo tale da sapere che sì, sono state viste, ma sappiamo che è merda. Da dove vengono? Probabilmente dal contenitore stesso dell'argon liquido, ipotesi avvalorata dal fatto che sono quasi tutte sul bordo del cilindro che costituisce la TPC. Credetemi, guadare 73 milioni di merda per trovare quelle 8 schifose tracce, puntarvi contro il dito e dire "sì, siete voi", è stata un'impresa. Questo fanno i fisici.
