INFN-LNF Laboratori Nazionali di Frascati
Frascati, 23 luglio. Un passo importante nella ricerca della materia oscura è stato compiuto presso i Laboratori Nazionali di Frascati. L’esperimento QUAX, condotto nel laboratorio COLD, ha completato con successo il suo primo run ufficiale di fisica, aprendo la strada alla ricerca di una ipotetica particella chiamata assione, che potrebbe costituire una componente significativa della materia oscura che permea l’universo e la nostra Galassia.
L’acquisizione dati è avvenuta nel dicembre 2023, per un totale di 25 ore di segnale integrato. I risultati, ottenuti avendo sottoposto i dati ad un’accurata analisi statistica per lo studio del rumore e di un eventuale segnale (non ancora rivelato), sono stati pubblicati su un’importante rivista scientifica del settore (Phys. Rev. D), dopo aver passato un lungo processo di peer-review, e sono finalmente pubblici al seguente link: https://journals.aps.org/prd/abstract/10.1103/PhysRevD.110.022008
QUAX si avvale di un sofisticato apparato sperimentale, basato sulla possibilità che gli ipotetici candidati di materia oscura, interagendo con un forte campo magnetico, si trasformino in fotoni, rilevabili con sensori nel range delle microonde. In questo caso, la ricerca è stata condotta con un magnete superconduttore operato a 8 T, e la cavità risonante (il volume in cui avverrebbe la conversione in fotoni) è stata munita di due motorini piezoelettrici criogenici: uno per l’inserimento dell’antenna di pick-up del segnale, uno per la movimentazione di una barra metallica interna che serve a cambiare la frequenza della cavità, per testare diversi valori della massa (non conosciuta) dell’assione. Il tutto operato con successo senza intoppi nel refrigeratore a diluizione presente nel lab COLD, che ha tenuto la temperatura della cavità stabilmente a circa 38 mK.
QUAX-LNF si inserisce nel panorama accanto all’haloscopio gemello della stessa collaborazione già attivo ai LNL, raddoppiandone quindi la potenza di fuoco. La prossima presa dati dell’haloscopio nostrano è prevista per l’inverno 2024.
Nel frattempo, i ricercatori sono a lavoro per migliorare ancora la sensibilità dell’apparato, con l’obiettivo di aumentare la possibilità di rivelare queste particelle elusive, servendosi di materiali superconduttori per migliorare il fattore di qualità della cavità risonante e di tecnologie quantistiche di frontiera per la rivelazione dei fotoni. I qubit ne sono un esempio, i quali possono servire da rivelatori di singolo fotone, superando così un limite imposto dalle leggi della meccanica quantistica.