Un cristallo di saccarosio, trasparente come il vetro, giace immobile in una camera criogenica a temperature vicine allo zero assoluto. Attorno, un mucchietto di sensori che stanno lì, e aspettano. Non cercano calore, non cercano luce nel senso convenzionale. Aspettano un flash minuscolo, un sussulto energetico che potrebbe arrivare da una particella che attraversa il cristallo senza quasi toccarlo. Una particella che costituisce gran parte della massa dell’universo ma che nessuno ha mai visto direttamente. Benvenuti nel progetto SWEET, dove la materia oscura si cerca con lo zucchero da cucina.
Cosa cerchiamo esattamente?
La materia oscura è il nome che i fisici danno a “qualcosa” che esiste ma non si vede. Sappiamo che c’è perché le galassie ruotano troppo velocemente per essere tenute insieme solo dalla gravità della materia visibile. Servono masse enormi, invisibili, che tengono tutto al suo posto. Questa roba invisibile costituisce l’85% di tutta la massa dell’universo. Il resto, quello che vediamo (stelle, pianeti, noi), è solo il 15%. Un po’ come se l’universo fosse un edificio dove vediamo solo l’arredamento, ma la struttura portante è completamente trasparente.
I ricercatori della Northwestern University e del NIST hanno sviluppato un progetto chiamato Scintillating-crystal for WIMP Experiments with Extreme Thresholds, per gli amici SWEET. È un esperimento che usa cristalli di zucchero comune per intercettare le WIMP, ma voi sapete cosa sono? WIMP è un altro acronimo che sta per “Weakly Interacting Massive Particles”, tradotto: particelle massive che interagiscono debolmente. In pratica, attraversano la materia normale senza quasi notarla. Passano attraverso la Terra come se non ci fosse.
SWEET, perché proprio lo zucchero
Lo zucchero è pieno di atomi di idrogeno. L’idrogeno è l’atomo più leggero che esiste: un protone e un elettrone, stop. Quando una WIMP leggera colpisce un atomo pesante, tipo xenon o germanio (quelli usati nei rivelatori tradizionali), è come se una mosca si scontrasse con un camion: non succede molto. Ma se colpisce un atomo di idrogeno, leggero come lei, il contraccolpo è più forte. Un po’ come giocare a biliardo: due palle della stessa dimensione si trasmettono energia meglio di una palla da ping pong che colpisce una palla da bowling.
I cristalli vengono raffreddati a temperature criogeniche, pochi gradi sopra lo zero assoluto (circa -273°C). A quelle temperature, qualsiasi movimento termico si blocca. Se una particella attraversa il cristallo e colpisce un atomo, genera un minuscolo flash di luce o un impercettibile aumento di temperatura. I sensori registrano tutto. Finora, nelle prime 19 ore di osservazione, non hanno trovato segnali definitivi di materia oscura. Ma il sistema funziona.
Il problema dei rivelatori giganti
Per decenni, i fisici hanno costruito rivelatori sempre più grandi. Tonnellate di xenon liquido sepolte sotto montagne, schermati dalla radiazione cosmica. L’idea era: più grande è il bersaglio, più probabilità hai di intercettare una WIMP. Ma le WIMP leggere, quelle sotto una certa massa, lasciano segnali troppo deboli per essere rilevati in questi mostri tecnologici. Servono strumenti più sensibili, non più grandi. SWEET pesa 0,4 grammi. Costa molto, molto, molto, aggiungete tanti “molto” meno. E punta proprio a quelle WIMP che gli altri non vedono.
Michael Platt, uno dei ricercatori, spiega che il progetto vuole testare un’ipotesi precisa:
“Se la materia oscura è fatta di particelle più leggere del previsto, i rivelatori tradizionali non le vedranno mai”.
SWEET esplora quella zona cieca. Non è detto che funzioni. Ma se funziona, cambia tutto.
Cosa succede se SWEET trova qualcosa
Se SWEET rileva un segnale compatibile con una WIMP leggera, sarà solo l’inizio. Servirà conferma, ripetizione, esclusione di falsi positivi. La materia oscura non si dimostra con un esperimento solo. Ma un segnale positivo aprirebbe una finestra su quella parte di universo che non vediamo. Capiremmo di cosa è fatto l’85% del cosmo. Non è poco.
E se invece non trovano nulla? Avremo comunque ristretto il campo, avremo comunque escluso un’ipotesi. La scienza procede anche per esclusione. E magari, lungo la strada, qualcuno avrà imparato che i cristalli di zucchero, raffreddati come si deve, possono fare cose che nessuno immaginava. Un po’ come scoprire che la materia oscura non è l’unica cosa invisibile che vale la pena cercare.
Per ora, i cristalli aspettano. Freddi, silenziosi, pazienti. Se una WIMP passa di lì, forse, questa volta, qualcuno se ne accorgerà.
