La nuova caccia alla materia oscura

Ci sono due tipi di oscurità in questo mondo. Jodi Cooley li conosce entrambi.

Il primo tipo che sperimentiamo ogni volta che chiudiamo gli occhi. È l'oscurità che avvolge la dottoressa Cooley e i suoi colleghi mentre viaggiano nel cuore di una miniera funzionante per raggiungere SNOLAB, una struttura di ricerca sotterranea situata due chilometri sotto la superficie terrestre.

Poi c’è il tipo più misterioso: un’oscurità che non è definita dall’assenza di luce ma dal suo totale disimpegno dal mondo materiale come lo conosciamo. Questo è l'oscurità della materia oscura. Si tratta di una sostanza sconosciuta che – finora – si è rivelata solo attraverso la sua influenza gravitazionale su galassie lontane. Questo, combinato con altri effetti astronomici, ha permesso agli scienziati di stimare che la materia oscura costituisca l’85% di tutta la massa dell’universo. Se questo è vero, deve esistere al nostro fianco, presumibilmente attraversando i nostri corpi come un vento spettrale che non può mai essere percepito.

E SNOLAB potrebbe essere il posto migliore al mondo per trovarlo.

Jodi Cooley, una fisica delle particelle diventata direttrice esecutiva di SNOLAB nel 2022, sta supervisionando uno dei periodi più impegnativi nei 25 anni di storia del laboratorio.

"Il vantaggio che abbiamo rispetto alla maggior parte degli altri laboratori è la profondità", ha affermato il dottor Cooley, un fisico delle particelle americano che ha assunto la direzione di SNOLAB lo scorso anno.

Il massiccio sovraccarico di roccia è fondamentale per la crescente reputazione di SNOLAB come il principale laboratorio sotterraneo del mondo, perché può bloccare i raggi cosmici che bombardano continuamente la superficie terrestre. In un laboratorio convenzionale, questi travolgerebbero facilmente qualsiasi rilevatore costruito per cercare qualcosa di così raro e sottile come il fruscio di una particella di materia oscura.

Se combinato con il personale di supporto esperto che gestisce il laboratorio e un’infrastruttura supervisionata dalla società mineraria Vale, Ltd., il sito offre una rara opportunità di sondare la natura dell’universo in un modo che nemmeno il più potente telescopio spaziale in orbita può fare.

Questa non è la fisica come quella descritta nel film Oppenheimer di Christopher Nolan, in cui gli scienziati corrono per realizzare quella che sanno sarà una nuova forma di energia, o un'arma dal potere senza precedenti. La posta in gioco nella ricerca della materia oscura è qualcosa di più fondamentale. Trovarlo significherebbe aprire la porta a una comprensione più profonda delle leggi che sono alla base della nostra esistenza e che modellano l’evoluzione del cosmo. Dove questa conoscenza potrebbe portare tra un secolo è al di là di ogni immaginazione. A breve termine, però, porterebbe quasi certamente a un premio Nobel.

"Se avessimo un rilevamento positivo, se fossimo i primi, penso che il premio sarebbe in arrivo", ha detto il dottor Cooley.

Non è un vanto inutile. All'inizio degli anni 2000, quando il laboratorio era conosciuto come Sudbury Neutrino Observatory, gli scienziati effettuarono qui misurazioni rivoluzionarie che in seguito valsero un Nobel. Allora, la loro preda erano i neutrini solari, particelle subatomiche fugaci nate nel nucleo del sole che raggiungono la Terra pochi minuti dopo e possono scivolare attraverso la roccia solida per segnalare un rilevatore sotterraneo.

Il contributo chiave del laboratorio è stato quello di contribuire a dimostrare che i neutrini trasportano una piccola quantità di massa e possono cambiare, come un camaleonte, da un tipo all'altro. Ciò è fondamentale per il quadro più ampio del Modello Standard della fisica delle particelle, la teoria che prevede il comportamento di quark, elettroni, neutrini e tutti gli altri elementi costitutivi del mondo materiale che gli scienziati hanno scoperto, insieme alle forze che governano le loro interazioni. .

Ma il Modello Standard non prevede spazio per la materia oscura, che la maggior parte dei fisici sospetta sia una categoria completamente diversa di particelle, che hanno poca o nessuna capacità di interagire con qualsiasi altra cosa se non attraverso la gravità. Supponendo che possano essere rilevati, ciò li rende estremamente difficili da trovare.

Il modello standard della fisica delle particelle

Tutte le particelle che sono state scoperte

dai fisici finora, così come dalle forze che

esistono tra loro, sono previsti e contabilizzati