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PADME

PADME

Esistono solide prove astrofisiche che suggeriscono che la maggior parte della materia che forma l’Universo non sia «materia ordinaria» (cioè non costituita da particelle descritte dal Modello Standard). L’ipotesi più popolare tra i fisici è che sia costituita da un nuovo tipo di materia, elettricamente neutra e stabile, che non interagisce (affatto o in modo molto debole) con la materia ordinaria e dunque non produce radiazione elettromagnetica, ovvero sia “oscura”. Moltissimi modelli teorici prevedono diversi tipi di materia oscura, tra questi sembra particolarmente interessante la possibilità che esista un particolare tipo di particella, simile ai portatori di interazione delle forze note (come ad esempio il fotone per quella elettromagnetica), che faccia da “ponte” o “portale” tra le particelle “oscure” del nuovo tipo di materia e la materia ordinaria del Modello Standard, tramite una nuova, debolissima forza.
Un modo per studiare questo tipo di fotone “oscuro” è quello di cercare la produzione nelle annichilazioni di elettroni e anti-elettroni (i positroni) in coppie di fotoni, di cui uno ordinario e uno oscuro.
PADME è un nuovo esperimento che ha l’obiettivo di cercare questo tipo di eventi tramite la ricostruzione accurata dell’energia e impulso mancanti nel bilancio tra lo stato iniziale, costituito appunto dalla coppia elettrone-positrone, (utilizzando i positroni della Beam Test Facility) e quello finale in cui viene rivelato solo il fotone ordinario.
A questo scopo il rivelatore principale è un cosiddetto calorimetro, ovvero un apparato in grado di misurare con grande precisione l’energia elettromagnetica depositata, garantendo al tempo stesso la determinazione della direzione delle particelle che lo colpiscono. Allo scopo di produrre un numero ottimale di interazioni che producono fotoni oscuro rispetto al fondo costituiti dagli eventi dovuti alla “normale” interazione elettromagnetica, un fascio di positroni deve essere diretto, con grande accuratezza (per quanto riguarda la direzione di incidenza e il punto di impatto) su un bersaglio costituito dagli elettroni degli atomi di un materiale molto sottile e leggero: nel nostro caso il Carbonio di un diamante sintetico che a sua volta può essere utilizzato come un rivelatore. Tutto l’apparato sperimentale deve essere in volume vuoto, per minimizzare le interazioni con le molecole dell’aria e un campo magnetico deve al tempo stesso allontanare dal calorimetro il fascio di positroni che non hanno prodotto annichilazioni e permette di escludere gli eventi in cui i positroni interagiscono con il bersaglio producendo solo un fotone per irraggiamento (la cosiddetta radiazione di “frenamento” o radiazione di Bremsstrahlung). Il campo magnetico della giusta intensità e sul grande volume richiesto per PADME viene prodotto da un magnete di riserva reso disponibile dal CERN di Ginevra.

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Ultima modifica: 23 settembre 2016