Un team di ricerca guidato dalla University of Chicago e dal Fermi National Accelerator Laboratory ha recentemente pubblicato sulla rivista Physical Review Letters i risultati preliminari di un nuovo esperimento denominato Bread (Broadband Reflector Experiment for Axion Detection). Questo studio ha proposto un approccio innovativo nella ricerca della materia oscura, riuscendo a restringere il range di frequenze in cui essa potrebbe manifestarsi e dimostrando l’efficacia di una metodologia che potrebbe accelerare la ricerca con risorse e spazi ridotti.
David Miller, co-leader dell’esperimento, ha espresso grande entusiasmo per i risultati ottenuti, sottolineando i vantaggi pratici del design adottato e la sensibilità senza precedenti raggiunta nella frequenza di 11-12 gigahertz. Stefan Knirck, ricercatore postdoc al Fermilab e autore principale dello studio, ha evidenziato l’importanza di poter condurre ricerche innovative su scala ridotta, con un piccolo team in grado di gestire l’intero processo, dall’assemblaggio dell’esperimento all’analisi dei dati.
Un approccio innovativo nella ricerca della materia oscura
La sfida principale nella ricerca della materia oscura risiede nel fatto che, nonostante la sua presenza sia deducibile dagli effetti gravitazionali, nessun strumento o telescopio è mai riuscito a rilevarne direttamente la fonte. La strategia adottata fino ad ora dagli scienziati consisteva nel costruire rilevatori focalizzati su specifiche regioni di frequenza per escluderle dalla ricerca. Il team di Chicago, invece, ha optato per un design a banda larga, esplorando un intervallo più ampio di frequenze con una precisione leggermente inferiore.
Miller paragona la ricerca della materia oscura al tentativo di sintonizzare una radio su una stazione specifica in mezzo a un milione di frequenze. Il metodo Bread, invece, è simile a una scansione di centomila stazioni radio contemporaneamente, seppur con una minore attenzione ai dettagli.
Il rilevatore Bread si concentra sulla ricerca di assioni o “fotoni oscuri”, particelle con masse estremamente ridotte che, in determinate condizioni, potrebbero trasformarsi in un fotone visibile. Il dispositivo è costituito da un tubo metallico con una superficie curva che funge da imbuto, incanalando potenziali fotoni verso un sensore situato all’estremità. La sua compattezza è tale da poter essere collocato su un tavolo, una caratteristica insolita per questo tipo di esperimenti. La versione definitiva di Bread sarà alloggiata all’interno di un potente magnete per incrementare le probabilità di conversione delle particelle di materia oscura in fotoni.
Il prototipo è stato testato senza l’uso di magneti presso l’Università di Chicago per circa un mese, fornendo dati che hanno mostrato un’elevata sensibilità nella frequenza selezionata. Attualmente, Bread è stato trasferito all’Argonne National Laboratory, dove è stato inserito in un magnete per la risonanza riconvertito, e in futuro sarà ospitato al Fermi National Accelerator Laboratory, dove utilizzerà un magnete ancora più potente.
Andrew Sonnenschein, co-leader dell’esperimento, anticipa che questo è solo il primo passo di una serie di esperimenti entusiasmanti in programma, con l’obiettivo di migliorare ulteriormente la sensibilità nella ricerca di assioni. Miller conclude sottolineando l’importanza delle collaborazioni creative e di grande impatto tra la scienza su scala ridotta nelle università e quella su scala più ampia nei laboratori nazionali.
Per approfondire: si rimanda alla lettura dell’articolo “First Results from a Broadband Search for Dark Photon Dark Matter in the 44 to 52 μeV Range with a Coaxial Dish Antenna” di Stefan Knirck et al. (Bread Collaboration) pubblicato su Physical Review Letters.