Nuove tecnologie per rilevare la materia oscura
Quasi tutta l’energia immagazzinata nel nostro universo esista sotto forma di materia oscura; eppure, nonostante la sua abbondanza, le nostre conoscenze a tal riguardo sono sorprendentemente ridotte. «La materia oscura, che sembra interagire principalmente mediante la forza di gravità, è probabilmente composta da particelle elementari non ancora identificate», spiega Marcin Kuźniak, capogruppo presso il centro AstroCeNT/NCAC PAS. Tuttavia, questa non è altro che un’ipotesi: cosa sia effettivamente la materia oscura e come si generi sono tuttora due dei più grandi problemi irrisolti della fisica. La cortina che da sempre avvolge il mistero della materia oscura, tuttavia, sta iniziando a ritirarsi, anche grazie a iniziative come il progetto DarkWave, finanziato dall’UE. DarkWave sta sviluppando nuove tecnologie che consentiranno di realizzare la prossima generazione di rivelatori concepiti per osservare l’universo. «Avvalendosi delle tecnologie più appropriate, questi rivelatori di dimensioni molto estese, che di solito si trovano in laboratori sotterranei, potrebbero permetterci di rilevare direttamente la materia oscura», aggiunge Kuźniak, che ha rivestito il ruolo di coordinatore del progetto.
Nuove tecnologie per incrementare la sensibilità dei rilevatori
Nel corso dello svolgimento del progetto, ricercatori provenienti da cinque istituzioni hanno sviluppato un portafoglio completo di tecnologie per il rilevamento della materia oscura, tra cui nuovi materiali e fotosensori per convertitori di lunghezza d’onda, oltre a nuovi sensori sismici e a infrasuoni che possono essere utilizzati per monitorare i livelli di rumore di fondo intorno al rilevatore. I ricercatori hanno inoltre creato algoritmi per l’elaborazione e l’analisi dei segnali che possono essere utilizzati per estrarre informazioni dai dati raccolti dai rilevatori. Per di più, il progetto ha offerto agli scienziati l’opportunità di acquistare i materiali necessari per la realizzazione di esperimenti, ricerche e test. «Tutte queste tecnologie e il supporto fornito 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 sull’obiettivo di comprendere la natura della materia oscura. Ad esempio, il rivelatore attualmente in fase di costruzione chiamato DarkSide-20k sta beneficiando di nuovi materiali fluorescenti e riflettenti sviluppati nell’ambito del progetto, che miglioreranno in modo significativo la sensibilità con cui l’apparecchio è in grado di catturare la luce semplificandone al contempo lo sviluppo. Il progetto ha inoltre contribuito alla creazione di due banchi di prova criogenici a Varsavia, dove questi tipi di materiali, insieme ad array di fotosensori ultramoderni, sono ora in fase di test in condizioni rappresentative, in attesa di essere installati in un rivelatore. DarkWave ha altresì riunito le comunità specializzate nello studio della materia oscura e delle onde gravitazionali. Ad esempio, durante il progetto sono state sviluppate e collaudate nuove reti di sensori sismici e a infrasuoni per il monitoraggio dei rumori di fondo presso l’osservatorio di onde gravitazionali Virgo, che sono state utilizzate anche per mappare l’ambiente sismico e infrasonico del sito di sperimentazione sotterraneo in cui si trova il rilevatore DarkSide-20k.
Esperienza pratica per giovani scienziati
Oltre alla tecnologia, il progetto si è concentrato sul fornire sostegno a giovani scienziati, in particolare dottorandi. Grazie al supporto di DarkWave, questi ricercatori hanno potuto partecipare a diverse campagne di misurazione presso vari istituti, tra cui il CERN e Virgo. «La mobilità concessa da DarkWave si è trasformata in un catalizzatore per l’accumulo di conoscenze e la raccolta di esperienze, il che la rende uno dei risultati più significativi e importanti raggiunti dal progetto», osserva Yuliya Hoika, specialista di coordinamento dei progetti dell’UE presso il Nicolaus Copernicus Astronomical Center. Questi ricercatori, insieme all’intero team del progetto, sono ora pronti a dare continuità al compito di sviluppare le conoscenze, il networking e le idee innovative promosse da DarkWave, nel cui ambito si inserisce la ricerca di nuove opportunità di finanziamento assegnate dal programma Orizzonte Europa e l’esplorazione del potenziale di commercializzazione di cui sono dotate alcune delle soluzioni sviluppate nel corso del progetto.
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