L'esperimento ALPS inizia la ricerca della materia oscura

L'esperimento ALPS è in corso presso il centro di ricerca DESY e mira a rilevare la materia che dovrebbe essere presente nell'Universo cinque volte più spesso del normale.

Tuttavia, fino ad ora, nessuno scienziato o ricercatore è riuscito a identificare le particelle di questa sostanza. Il nuovo esperimento potrebbe essere il primo nel suo genere a rilevare particelle particolarmente leggere e fornire prove sulla loro presenza.

La piattaforma di innovazione dà un'occhiata all'esperimento ed esamina come può rivelare misteri unici sul nostro Universo.

L'esperimento ALPS si estende per un totale di 250 metri ed è alla ricerca di un tipo di nuova particella elementare particolarmente leggera.

Per fare ciò, utilizza 24 magneti superconduttori riciclati dall’acceleratore HERA, un intenso raggio laser, interferometria di precisione e rilevatori altamente sensibili.

Il team spera che l'utilizzo di una composizione così unica consentirà alla macchina di rilevare i cosiddetti assioni o particelle simili ad assioni. Si ritiene che queste particelle reagiscano solo in modo estremamente debole con i tipi di materia conosciuti, il che significa che non possono essere rilevate negli esperimenti che utilizzano acceleratori.

Pertanto, ALPS ricorre a un principio completamente diverso per rilevarli. Utilizzando un forte campo magnetico, i fotoni (particelle di luce) potrebbero essere trasformati in queste misteriose particelle elementari e viceversa.

Beate Heinemann, direttrice della fisica delle particelle al DESY, ha spiegato: "L'idea dell'esperimento ALPS esiste da oltre 30 anni.

"L'utilizzo dei componenti e dell'infrastruttura dell'ex acceleratore HERA, insieme a tecnologie all'avanguardia, significa che possiamo utilizzare ALPS per la prima volta in una collaborazione internazionale."

Helmut Dosch, presidente del consiglio di amministrazione di DESY, ha aggiunto: "DESY si è posto il compito di decodificare la materia in tutte le sue diverse forme. Pertanto, ALPS si adatta perfettamente alla nostra strategia di ricerca e forse aprirà la porta alla materia oscura".

Per rilevare la materia degli assioni, l'esperimento ALPS invierà un raggio laser ad alta intensità lungo un dispositivo di risonatore ottico in un tubo a vuoto, lungo circa 120 metri.

Qui il raggio viene riflesso sia avanti che indietro e racchiuso da 12 magneti HERA disposti in linea retta. Se un fotone si trasformasse in un assione nel forte campo magnetico, quell'assione potrebbe passare attraverso la parete opaca all'estremità della linea dei magneti. Una volta attraversato il muro, entrerebbe in un'altra traccia magnetica quasi identica alla prima.

In questo percorso l'assione può trasformarsi di nuovo in un fotone, che il rilevatore può infine catturare. Qui è installato un secondo risonatore ottico per aumentare di un fattore 10.000 la probabilità che un assione si trasformi nuovamente in un fotone. Ciò significa che, se la luce arriva dietro il muro, deve esserci stato un assione nel mezzo.

"Tuttavia, nonostante tutti i nostri accorgimenti tecnici, la probabilità che un fotone si trasformi in un assione e viceversa è molto piccola", ha commentato Axel Lindner, leader del progetto DESY e portavoce della collaborazione ALPS.

Lindner ha aggiunto: "È come lanciare 33 dadi e tutti escono uguali".

Affinché l'esperimento ALPS funzionasse correttamente, il team ha dovuto ottimizzare tutti i diversi componenti dell'apparato per ottenere le massime prestazioni.

Quando è al massimo delle prestazioni, l'esperimento presenta diversi vantaggi:

L'esperimento ALPS è stato originariamente proposto dal teorico DESY Andreas Ringwald, che ha anche sostenuto la motivazione teorica dell'esperimento con i suoi calcoli sull'estensione del Modello Standard.

Ha detto: "I fisici sperimentali e teorici hanno lavorato insieme a stretto contatto per ALPS. Il risultato è un esperimento con un potenziale unico per scoprire assioni, che potremmo anche usare per cercare onde gravitazionali ad alta frequenza".

La ricerca degli assioni inizierà originariamente in modalità operativa attenuata. Ciò semplifica la ricerca della "luce di fondo" che potrebbe indicare erroneamente la presenza di assioni.

L'esperimento dovrebbe raggiungere la piena sensibilità nella seconda metà del 2023, con lo specchio e i sistemi di illuminazione alternativi che verranno aggiornati nel 2024.