DARKSIDE
Una delle ipotesi principali sulla natura della DM è che sia formata da particelle dotate di massa a debole interazione (Weakly Interactive Massive Particles - WIMP) formatesi nell'universo primordiale. In linea di principio, le WIMP potrebbero essere rilevate in esperimenti terrestri attraverso le loro collisioni con nuclei ordinari, dando origine a rinculi nucleari osservabili a bassa energia (<100 keV). La probabilità di collisione prevista è tuttavia estremamente piccola, e pertanto sono necessari rivelatori con grandi masse bersaglio (1-100 tonnellate), situati in siti sotterranei profondi per sopprimere il fondo di particelle del modello standard.
Tra le varie tecnologie di rivelazione in uso, una delle più promettenti vede l’utilizzo di camere a proiezione temporale a due fasi (Dual-Phase Time Projection Chamber) di Argon liquido (LAr TPC), che rilevano sia la luce di scintillazione che le cariche prodotte dalla ionizzazione, a seguito del rinculo nucleare. Un rivelatore basato su queste tecnologie, DarkSide-50 (DS-50, massa attiva composta da 50 kg di argon liquido), ha completato con successo la sua campagna sperimentale presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS) dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN).
DarkSide-20k, attualmente in costruzione nella Hall-C dei LNGS, è il successore di DarkSide-50.
Il rivelatore interno è una LAr-TPC con Argon a bassissima radioattività proveniente da sorgenti sotterranee (UAr, volume attivo di circa 50t), letto da fotorivelatori basati su SiPM. La TPC è circondata da un guscio di PMMA caricato con Gadolinio che funge da moderatore di neutroni con una elevata probabilità di cattura, utilizzato per sopprimere gli eventi indotti dal fondo di neutroni. La TPC è racchiusa dentro ulteriori due strati di Argon atmosferico (AAr) che fungono da rivelatori di veto per i muoni cosmici e i gamma prodotti nel PMMA a seguito della cattura neutronica. DarkSide-20k è progettato per lavorare in condizioni di "fondo nullo", intendendo che tutte le sorgenti di fondi radioattivi, naturali o indotti dagli strumenti, siano inferiori a 0.1 eventi per una esposizione di 200 tonnellate-anno. Tutti i fondi da radiazione al minimo di ionizzazione saranno completamente rimossi grazie all'azione combinata dell'analisi della forma degli impulsi (“Pulse Shape Discrimination”) della scintillazione primaria ed al suo confronto con la componente di ionizzazione.
Grazie alla sua eccezionale sensibilità, l’esperimento Darkside-20k, il cui inizio è previsto nel 2027, è un forte candidato per la scoperta della Materia Oscura. In alternativa, sarà comunque in grado di escludere un’ampia porzione dello spazio dei parametri.
