L'elefantino di BaBar alla ricerca della materia oscura

Reidar Hahn & Sandbox Studio, Chicago

Mi ricordo che a partire dal settembre 2008 quando ci furono i primi fasci circolanti in LHC, alcuni dei miei amici hanno cominciato a chiedermi: ma allora l'avete trovata o no sta particella? Si riferivano ovviamente al bosone di Higgs e la loro curiosità era motivata dal fatto che si aspettavano i risultati in uno stretto giro di posta e non dopo anni di raccolta e di analisi dati. Questi grossi esperimenti agli acceleratori, infatti, continuano a macinare dati e produrre risultati anche dopo che sono spenti e l'ultima collisione è stata rivelata. L'esempio più recente è quello dell'esperimento BaBar, nato per studiare l'asimmetria tra materia e antimateria, si è concluso nell'aprile del 2008 nel miglior modo possibile, ovvero con l'assegnazione a Kobayashi e Maskawa del premio Nobel (leggi Il giallo dietro al Nobel) grazie ai risultati di BaBar e di Belle (esperimento analogo in Giappone).

Siamo nel 2012, l'esperimento è chiuso, l'acceleratore di SLAC convertito ad altro uso, ma gli scienziati non stanno mica con le mani in mano. Durante i lunghi anni di presa dati sono stati raccolti miliardi di eventi di collisione tra elettroni e positroni, una banca dati enorme che è servita per capire l'asimmetria tra materia e antimateria, ma che può contenere risposte ad altre domande che ancora non c'eravamo posti.


La materia oscura

Capita così, che recenti evidenze sperimentali (PAMELA e GLAST), sembrano indicare che potrebbe essere più di una la tipologia di particelle che compone la materia oscura, quella gran parte dell'universo di cui non sappiamo nulla se non che interagisce gravitazionalmente con le galassie vicine.  In fondo, come esistono un gran numero di particelle dai nomi strani, perché mai dovrebbe esistere una sola particella di questo tipo? E così ad alcuni fisici teorici è venuta l'idea che la materia oscura possa essere composta da uno spettro molto più ampio di particelle, alcune pesanti, altre leggere e quindi possibilmente prodotte nelle collisioni a grande energia negli acceleratori. Potrebbe esistere una controparte oscura per ognuna delle particelle che compongono la materia che conosciamo, ovvero tutte quelle che si trovano nella lista del modello standard.

I teorici hanno bussato alla porta degli sperimentali, i quali hanno accettato la sfida e hanno aperto la cassaforte della loro esperienza mettendosi a scandagliare tutti i dati raccolti a BaBar. Hanno scelto BaBar per una serie di favorevoli situazioni sperimentali, con cui non voglio annoiarvi, ma di fatto hanno passato al setaccio la bellezza di 9 miliardi di collisioni tra elettroni e positroni alla ricerca di un evento molto particolare in cui dallo scontro sono emersi 6 elettroni o muoni come risultato della formazione di un bosone di Higgs-oscuro e di un fotone-oscuro. Dai 9 miliardi di eventi in partenza si sono ritrovati con solo 6 miseri eventi  rispondenti ai criteri di selezione richiesti, troppo pochi per fare qualunque affermazione e compatibili con il numero di eventi di fondo che era lecito aspettarsi.

Solo vecchi dati? 

L'idea però ha stuzzicato la mente di altri e altre banche dati sono state perlustrate. E' venuta persino l'idea di realizzare un semplice esperimento a bersaglio fisso, ovvero in cui un fascio di particelle viene sparato contro un ostacolo fisso e si studiano i prodotti, chiamato Heavy Photon Search (ricerca di fotoni pesanti) di cui vedete il logo nell'immagine qui a lato. E' un esperimento di quelli piccolini, che si costruiscono in fretta e costano relativamente poco, ma la cui portata è molto ampia (Nature). HPS, che deve il nome al fatto che i fotoni oscuri, a differenza di quelli ordinari, potrebbero avere una massa, ha iniziato a prendere dati il 24 aprile appena passato e continuerà in tutto per 3 settimane, prima di interrompere l'attività sperimentale e permettere un miglioramento delle condizioni di fascio.

Facciamo luce sulla materia oscura!

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