In questo articolo Indice dei contenuti 2 sezioni
Sette tonnellate di xeno liquido sepolte a quasi 1.500 metri di profondità, sotto una montagna di roccia, per provare a intercettare la materia oscura: è questo il cuore dell’esperimento LUX-ZEPLIN, o più semplicemente LZ, una collaborazione internazionale che da anni dà la caccia a particelle che, se esistono davvero, interagiscono con la materia in modo talmente raro da rendere necessario un ambiente ripulito da qualunque disturbo. L’ultimo giro di analisi ha lasciato sul tavolo un dettaglio scomodo: un singolo evento che nessuno, finora, è riuscito a spiegare.
La materia oscura è una vecchia conoscenza degli astrofisici. Si sa che c’è, perché i suoi effetti gravitazionali si vedono eccome, e si stima che rappresenti circa l’85% della materia dell’universo. Quello che manca è la parte più importante, cioè capire di cosa sia fatta. Una delle ipotesi più battute chiama in causa le WIMP, particelle massive a interazione debole, ed è proprio quella che LZ sta mettendo alla prova.
Materia oscura: come funziona un rivelatore riempito di xeno liquido
Il meccanismo, spiegato senza tecnicismi, è meno complicato di quanto sembri. Quando una particella deposita energia nello xeno liquido, produce un primo lampo di luce, chiamato S1, e libera elettroni che un campo elettrico spinge verso l’alto. Lì generano un secondo segnale, l’S2. I fotomoltiplicatori registrano entrambi e, confrontando intensità e intervallo temporale, i ricercatori ricostruiscono il punto esatto in cui è avvenuta l’interazione e ne intuiscono la natura. È questa distinzione che permette di scremare gran parte del rumore di fondo e tenere da parte solo ciò che merita attenzione.
Sui numeri complessivi, nulla di clamoroso. L’analisi ha lavorato su un volume fiduciale di 4,71 tonnellate di xeno, raccogliendo 220 giorni effettivi di osservazione tra marzo 2023 e aprile 2024, pari a 2,84 tonnellate per anno di esposizione. Dopo tutte le selezioni, il campione scientifico si è ridotto a 1.710 eventi. I test di adattamento non hanno segnalato disaccordi significativi con i modelli utilizzati. Il quadro generale, insomma, era tranquillo. Le stranezze si trovano scendendo di un livello, guardando come si distribuiscono quei punti uno per uno.
Quel singolo evento del 16 giugno 2023
La data da segnare è il 16 giugno 2023. Quel giorno LZ ha registrato un’interazione che oggi assume tutt’altro peso, perché la nuova analisi presentata nel 2026 ha allargato la ricerca ai rinculi nucleari di energia più alta. Il segnale è compatibile con un rinculo di circa 248 keV, in pratica un nucleo di xeno che ha ricevuto energia ed è arretrato dentro il rivelatore. Non solo: il dato si colloca molto più vicino alla banda attesa per i rinculi nucleari che alla popolazione dei rinculi elettronici, di gran lunga più comuni come fondo.
Da lì è partita la caccia alla spiegazione noiosa, quella ordinaria. Il gruppo ha passato al setaccio radioattività, neutroni, neutrini, coincidenze accidentali, possibili effetti strumentali capaci di imitare un’interazione nucleare. Sono state verificate anche le circostanze specifiche di quel momento: una sorgente di cobalto 57 era stata rimossa 25 minuti prima, ma si trovava dall’altro lato del rivelatore e non ha lasciato alcuna popolazione anomala. Nessun muone era passato di recente nella camera. Dopo mesi di controlli, nessuna di queste ipotesi ha retto.
Che manchi una causa convenzionale convincente non significa che si tratti di materia oscura, e su questo la collaborazione è molto netta. LZ ha osservato un evento compatibile con alcuni modelli, ma non ha identificato la particella responsabile né ne ha misurato la massa. In un preprint pubblicato su arXiv i dettagli sono più espliciti: la tensione con l’ipotesi del solo fondo tocca un massimo locale di 3,4 sigma, che scende a 2,6 sigma globali una volta corretta per il fatto che l’esperimento stava testando più modelli contemporaneamente. È il cosiddetto look elsewhere effect, e lascia l’anomalia ben lontana dai 5 sigma che la fisica delle particelle pretende prima di parlare di scoperta. Dopo tonnellate di xeno e migliaia di interazioni analizzate, rimane un punto solo, senza risposta, in attesa che nuovi dati lo confermino o lo cancellino.
