Verso la fine del XIX secolo il mondo scientifico si esaltava per gli straordinari progressi teorici che si andavano ottenendo, tanto che qualche illustre scienziato si sentì l’impudenza di affermare che in pochi anni la fisica “sarebbe finita”, intendendo con questo l’idea che si era prossimi a definire tutto: che qualsiasi fenomeno, cioè, sarebbe risultato spiegabile a partire dai concetti e dalle leggi che si stavano scoprendo e inquadrando nella nuova cornice teorica. Poi arrivò Max Planck con la sua spiegazione della radiazione di corpo nero e la fondazione della meccanica quantistica, e dopo di lui altre scoperte e altre intuizioni. La realtà insomma si prese gioco in poco tempo dello strano delirio di onnipotenza di alcuni. Da allora il cammino della fisica è stato imprevedibilmente ricco e vario, e non ha mancato di dispensare sorprese le più impensabili: affermare una qualche fine della fisica appare ormai assai poco rispondente alla realtà delle cose.
Uno degli esempi di questo sorprendente rinnovamento e del continuo ampliamento delle conoscenze che gli scienziati hanno potuto sperimentare nel XX secolo è sicuramente la scoperta della materia oscura, la famosa massa mancante dell’Universo, che lo pervade e lo attraversa in ogni dove. La natura della materia oscura è ancora misteriosa e molti sono gli esperimenti ideati e realizzati per individuare le particelle di cui essa sarebbe composta.
Si sa che le particelle che dovrebbero comporre la materia oscura possono essere di due nature: relativistica, cioè particelle che si muovono a velocità della luce e possiedono una massa piccolissima o non ne possiedono per niente, oppure non relativistica, cioè particelle “lente” con masse anche grandi.
Nella prima delle due categorie rientrano i famosi neutrini, mentre nella seconda trovano spazio le cosiddette WIMPs, acronimo per Weakly Interactive Mass Particles: sono particelle dotate di una massa anche centinaia o migliaia di volte il protone e che interagiscono con la materia normale solo sulla base dell’attrazione gravitazionale. La loro velocità è molto bassa, pari a qualche centinaia di chilometri al secondo, e sembra si ammassino intorno ai centri di attrazione gravitazionale o nelle stelle. L’acronimo non è casuale, in quanto wimp in inglese significa timido, non aperto, non avventuroso: una persona che interagisce debolmente con l’ambiente che lo circonda, per l’appunto. Le WIMPs sono fondamentali nello studio della materia oscura perché si pensa che ne costituiscano pressoché la totalità, dopo che pochi anni fa ci si è resi conto che il candidato principale -il neutrino- non poteva coprirne che una piccola percentuale.
Nel Modello Standard, il modello teorico che sistematizza tutte le particelle esistenti e le interazioni fra di esse, non è prevista l’esistenza di WIMPs: l’ipotesi che esistano nasce da una classe di teorie che espandono il Modello Standard chiamate Teorie delle Superstringhe. Esiste in Italia un importante esperimento per la rilevazione delle WIMPs nei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), l’esperimento D.A.M.A.
Come ai LNGS, ci sono altri luoghi nel mondo che si stanno attrezzando per la rilevazione delle WIMPs: uno di questi luoghi è la Davis Cavern dei Sanford Laboratories di Homestake, nel South Dakota (Usa). La caverna è un antro a circa 1450 metri sotto la superficie: questo spesso strato di terra e roccia garantisce che i rivelatori dell’esperimento LUX (Large Underground Xenon) che verrà ospitato nella Davis Cavern siano “liberati” dalla presenza dei raggi cosmici.
Gli esperimenti come LUX consistono spesso in grandi camere contenenti un liquido poste sotto osservazione di decine e decine di rivelatori -LUX per la precisione possiede 122 tubi fotomoltiplicatori- che catturano ogni possibile traccia di radiazione rilasciata dall’interazione fra le particelle e i nuclei degli atomi che costituiscono il liquido, arrivando a rilevare anche il singolo fotone. LUX come dice l’acronimo, contiene Xenon liquido al suo interno, per la precisione 350 Kg. La camera contenente lo Xenon e i rivelatori è immersa in una grande camera di forma cilindrica di 8 metri di diametro e alta 6 contenente 300 tonnellate di acqua. L’acqua riduce il fondo di raggi gamma di origine cosmica di sette ordini di grandezza. Lo strumento è inoltre raffreddato a poco più di 100 gradi sotto zero, temperatura alla quale lo Xenon si liquefà.
Le caratteristiche di LUX ne fanno l’esperimento più preciso mai concepito per lo studio della materia oscura. Ma la storia di LUX è ancora di là entrare nel vivo, in quanto lo strumento è stato sì realizzato nell’ultimo anno, ma nei laboratori in superficie, mentre si stavano ultimando le operazioni di messa a punto della Davis Cavern per poterlo ospitare.
Adesso gli scienziati, 75 ricercatori da tutto il mondo, hanno iniziato le operazioni di smontaggio dello strumento, e inizieranno a breve quelle di trasporto e rimontaggio nel sito definitivo, cioè a quasi un chilometro e mezzo sotto terra. Lo strumento dovrebbe essere operativo per la fine del 2012. «È molto eccitante -racconta James Verbus, dell’Università del Rhode Island, che collabora al progetto-: ho lavorato personalmente a questo esperimento per due anni come studente non laureato e tre come laureato. Siamo molto ottimisti di come andrà sulla base dei risultati ottenuti: tutto è andato per il meglio e siamo molto confidenti di riuscire a fare quello che ci siamo prefissati».
E, come insegna la storia della fisica delle particelle, gli imprevisti e le novità non mancheranno di sicuro.
