INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
Alle 10:00 del 21 dicembre si è concluso il terzo periodo di presa dati dell’esperimento PADME.
L’obiettivo di PADME è la ricerca di segnali di nuove particelle responsabili della materia oscura, quell’enorme quantità di materia che si osserva su scala cosmica, ma la cui natura è ancora sconosciuta.
La ricerca è effettuata tra i prodotti delle annichilazioni di positroni (le antiparticelle degli elettroni) con gli elettroni degli atomi di un bersaglio di diamante molto sottile. I positroni sono stati generati dall’acceleratore lineare di Frascati (LINAC) e condotti in fasci conformati attraverso la linea di trasferimento della Beam Test Facility (BTF) verso la sala sperimentale BTFEH1. Rispetto ai precedenti periodi di raccolta dati di PADME, Run III è stato studiato per verificare l’esistenza di una nuova particella di massa approssimativamente 17 MeV/c2 che è stata ipotizzata per spiegare alcune anomalie evidenziate da un esperimento di fisica nucleare condotto al laboratorio ATOMKI di Debrecem, in Ungheria.
La particella, battezzata X17, sembrerebbe essere uno stato metastabile che decade in una coppia elettrone-positrone (e+e−). Se questa particella esistesse, dovrebbe essere possibile osservarla nelle annichilazioni di un fascio di positroni con gli elettroni di un bersaglio.
Questo è l’obiettivo che si è dato PADME. Dopo alcune modifiche all’apparato sperimentale fatte all’inizio del 2022, a Luglio si è cominciato a studiare la configurazione del fascio fornita dalla BTF, in stretta relazione col personale dell’esperimento che ne ha validato le caratteristiche in tutta la presa dati. La strategia di misura prevede infatti di acquisire i dati variando l’energia delle particelle incidenti in modo da “eccitare” la produzione risonante della particella X17. Insieme ai colleghi del servizio LINAC e della BTF, si è ottimizzata la sequenza delle operazioni necessarie per far acquisire a PADME il gran numero di fasci differenti generati. La Divisione Acceleratori dei Laboratori ha predisposto le operazioni e il gruppo degli operatori della macchina che si sarebbero dovuti avvicendare per i successivi 90 giorni, ininterrottamente 24 ore al giorno. Ai primi di ottobre è quindi iniziata la raccolta dei dati utili all’analisi. Complessivamente sono stati acquisiti circa 10 miliardi di eventi di annichilazione per ciascuno dei 51 diversi valori di energia dei positroni esplorati.
La mole di dati raccolti è cospicua e l’analisi dei dati richiederà diversi mesi, anche perché, vista la posta in gioco, dovrà essere condotta nel modo più accurato possibile.
Se PADME osserverà segnali della particella X17 si avrà finalmente la prima incontrovertibile evidenza di nuovi fenomeni non spiegabili dal Modello Standard della fisica delle particelle.