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Inaugurazione dell’esperimento PADME – alla ricerca della materia oscura

E’ partita ufficialmente ieri, 4 ottobre 2018, la presa dati dell’esperimento PADME, presso la Beam-Test Facility dei Laboratori Nazionali di Frascati.

PADME (Positron Annihilation into Dark Matter Experiment) si basa su un’ipotesi avanzata da alcuni modelli teorici che prevedono l’esistenza di una quinta forza in grado di connettere la materia oscura con il nostro mondo e che andrebbe ad aggiungersi alle quattro forze fondamentali che conosciamo, ovvero la forza gravitazionale, elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole. A questa nuova quinta forza, come per le altre quattro, sarebbe associata una particella messaggera, in questo caso un fotone “pesante”, dotato cioè di una piccola massa, al contrario del fotone ordinario che non ne possiede, e che i fisici chiamano “fotone oscuro” (dark photon).

Per produrre il fotone oscuro PADME utilizza gli eventi di annichilazione tra gli anti-elettroni (positroni) prodotti ed accelerati dal LINAC di Frascati e gli elettroni di un sottile bersaglio di diamante sintetico (dello spessore di 1/10 di mm), che consente quindi di monitorare l’intensità, le dimensioni e la posizione del fascio di particelle.

Il più delle volte l’annichilazione produce due fotoni ordinari, con un’energia totale pari a quella del fascio incidente, laddove venisse prodotta una nuova particella, in questo caso un fotone oscuro, l’unico fotone rivelato porterebbe solo una frazione dell’energia totale. Misurando con precisione l’energia e la posizione del fotone ordinario, PADME è quindi in grado di determinare la massa mancante. Per fare questo utilizza un calorimetro con eccellente risoluzione in energia e posizione, costituito da circa 600 cristalli di BGO, provenienti dall’esperimento L3 al LEP del CERN.

La collaborazione PADME inizia una presa dati con l’obiettivo di raggiungere una sensibilità nell’accoppiamento del dark photon al fotone ordinario di 10-6, che richiede di produrre oltre 10.000 miliardi di annichilazioni di positroni sul bersaglio.

Leggi il comunicato stampa dell’INFN