BATTE A LECCE IL “CUORE” DI “PADME”
(Positron Annihilation Into Dark Matter Experiment)
L’esperimento dell’istituto nazionale di fisica nucleare alla ricerca del “fotone oscuro”
Il “rilevatore” dell’esperimento è stato costruito grazie alla collaborazione scientifica tra ricercatori, tecnici e dottorandi del Dipartimento di Matematica e Fisica “Ennio De Giorgi” dell’Università del Salento e dell’INFN Lecce
È stato costruito a Lecce, dalla collaborazione scientifica tra ricercatori, tecnici e dottorandi del Dipartimento di Matematica e Fisica “Ennio De Giorgi” dell’Università del Salento e della locale sezione dell’INFN – Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, il “cuore” dell’esperimento “PADME” (Positron Annihilation into Dark Matter Experiment), che studierà le interazioni prodotte da positroni accelerati all’energia di 550 MeV dall’acceleratore lineare (LINAC) dei Laboratori Nazionali di Frascati dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, alla ricerca della materia oscura. L’esperimento è stato inaugurato oggi, giovedì 4 ottobre 2018, con una cerimonia per festeggiare il passaggio dalla fase di test (commissioning) a quella di presa dati, e resterà in funzione per alcuni mesi, fino alla conclusione della prima fase di presa dati (Run 1). L’esperimento potrebbe svelare per la prima volta l’esistenza di una “nuova forza” a cui sarebbe associata una particella chiamata fotone oscuro, grazie a un apparato di misura piccolo, ma estremamente preciso, in grado di osservare la produzione del fotone oscuro in collisioni di antielettroni con gli elettroni del bersaglio.
Nei laboratori leccesi di UniSalento e INFN è stato costruito un innovativo rivelatore in diamante sintetico con lettura a strip che funge da “bersaglio attivo” dell’esperimento, fornendo una misura in tempo reale del profilo e dell’intensità del fascio. Questo dispositivo, il cui cuore è uno strato di diamante di grande area (2cm x 2cm) e piccolo spessore (100μm) prodotto dal partner industriale Applied Diamond (USA), è nato dalla cooperazione del gruppo di ricerca in Fisica sperimentale delle particelle (in particolare il Laboratorio di Rivelatori a stato solido) con il gruppo di ricerca in Fisica dello stato solido e radiazioni (LaserNanoLab). Questa collaborazione ha, inoltre, consentito di sviluppare una nuova tecnica per la realizzazione degli elettrodi basata sull’irraggiamento con luce laser della superficie del diamante per produrre strisce di grafite conduttive.
L’ipotesi teorica che PADME si propone di testare si è affermata nella comunità scientifica negli anni recenti in conseguenza della mancanza di indicazioni, dagli esperimenti condotti finora, sui possibili costituenti di questa forma di materia che chiamiamo oscura, che popola in maniera preponderante il nostro universo, ma di cui abbiamo solo evidenze gravitazionali. Anche gli esperimenti a LHC (al CERN di Ginevra), che hanno scoperto il bosone di Higgs, non hanno ancora individuato nessun segnale dell’esistenza di particelle di materia oscura nell’intervallo di massa che va delle centinaia di GeV fino al TeV. Ciò rafforza le motivazioni di esperimenti come PADME, che sono sensibili a bassi valori della massa di particelle correlate al problema della materia oscura.
Numerosi i ricercatori che da Lecce hanno contribuito e/o partecipano tutt’oggi all’esperimento PADME nelle varie attività di costruzione, caratterizzazione, integrazione meccanica ed elettronica, test, simulazione e analisi: Roberto Assiro, Gabriele Chiodini (referente del gruppo PADME locale nella collaborazione), Pietro Creti, Giuseppe Fiore, Angelo Innocente, Alessandro Miccoli (INFN), Anna Paola Caricato, Massimo Corrado, Francisco Gontad, Maurizio Martino, Carlo Pinto, Viviana Scherini, Stefania Spagnolo (INFN e Dipartimento di Matematica e Fisica UniSalento), Giuseppe Maruccio, Anna Grazia Monteduro (Dipartimento di Matematica e Fisica UniSalento e CNR-Nanotec). A questo nucleo si aggiunge il fondamentale contributo di energia, lavoro, competenza ed entusiasmo di giovani ricercatori, studenti di PhD e laureandi: Emanuele Alemanno, Emanuela Cianci, Mary De Feudis, Isabella Oceano, Federica Oliva (INFN e Dipartimento di Matematica e Fisica). Inoltre, tra gli ispiratori del concetto su cui si basa PADME, il Direttore della sezione INFN di Lecce, Fabio Bossi, all’epoca spokesperson dell’esperimento KLOE a LNF, che ha prodotto una delle prime campagne di ricerca del fotone oscuro.
«Questo importante contributo dei fisici leccesi all’esperimento PADME è reso possibile dalla presenza a Lecce di una Sezione dell’INFN e dalla stretta collaborazione, intensificata in questi ultimi anni, fra fisici provenienti da diversi settori», sottolinea il professor Giovanni Mancarella, Direttore del Dipartimento di Matematica e Fisica “Ennio De Giorgi” dell’Università del Salento, «Inoltre i servizi di supporto alla ricerca dell’Università e dell’INFN (calcolo, elettronica, meccanica e, non ultimo, amministrazione) hanno svolto e svolgeranno un ruolo fondamentale per il conseguimento dei risultati finali. Realizzazioni così significative sono possibili solo quando competenze diverse cooperano per la realizzazione di un obiettivo comune. Molti dei ricercatori che collaborano all’esperimento sono precari, giovani e meno giovani: è auspicio di tutti che il mondo della ricerca, e la nostra università in particolare, abbia risorse sufficienti per offrire opportunità a questi giovani ricercatori, che oggi contribuiscono a importanti imprese scientifiche internazionali».
