Osservato in Italia l’evento più raro dell’Universo

Si tratta del decadimento dell’elemento xenon-124, un fenomeno che può accadere una volta ogni 126mila miliardi di miliardi di anni. Cercando la materia oscura gli scienziati dell’INFN hanno osservato il raro evento.

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L'esperimento XENON1T si trova nei Laboratori dell'INFN del Gran Sasso. Qui è stato osservato il decadimento dello Xenon-124, un evento rarissimo nell'Universo|XENON1T

Riuscireste ad immaginare un evento che capita una volta ogni mille miliardi di volte l’età dell’Universo che è di 13,8 miliardi di anni?  È difficile, molto difficile. Eppure esiste un fatto che può capitare proprio una volta in questo lasso di tempo “infinito” e quel che è successo nei Laboratori nazionale del Gran Sasso è stato quello di riuscire a coglierne il momento. Quel che sono riusciti a catturare è il “decadimento dello xenon-124 in tellurio-124”, un evento che capita in media ogni 26 mila miliardi miliardi di anni.

 

Il decadimento. Per chi non è addentro alla fisica il fenomeno è davvero complesso da comprendere, ma ci proviamo con qualche necessaria semplificazione.

Per prima cosa: un minimo di contesto. In natura esistono alcuni elementi che possono trasformarsi in altri elementi in tempi più o meno lunghi: questa trasformazione è chiamata “decadimento”. Un esempio di cui si parla nel mondo archeologico è il decadimento del carbonio 14, ossia la sua trasformazione in azoto 14 in un tempo di 5.730 anni. Ciò vuol dire che se si hanno 100 atomi di carbonio 14, dopo 5.730 anni metà si saranno trasformati in azoto 14 e dopo altri 5.370 anni un’altra metà e così via.

 

Il decadimento dello Xenon-124 avviene quando due elettroni che ruotano attorno al nucleo vengono assorbiti dal nucleo stesso. Il fenomeno fa sì che gli elettroni, scontrandosi con due protoni del nucleo diano vita a due neutroni (con emissione di neutrini).

 

Questo processo viene chiamato dai fisici “doppia cattura elettronica” che fino ad oggi era stato visto accadere solo in altri due atomi, il krypton-78 e il bario-130. Ebbene, tale evento, statisticamente l'evento più raro che mai sia stato osservato nella storia dell’umanità, è successo in Italia, nei Laboratori nazionali del Gran Sasso dell’Infn. 

Il disegno mostra la cattura di due elettroni all'interno del nucleo dello Xenon-124. Questo determina il suo decadimento ossia la trasformazione in tellurio-124. | XENON1T

L’esperimento. Tutto questo è avvenuto grazie all’esperimento chiamato XENON1T che ha come principale obiettivo scientifico la ricerca diretta di materia oscura (la materia che si suppone esistere nell’Universo, ma che finora non abbiamo visto) se è vero che possa essere costituita da WIMP, ossia “particelle massive debolmente interagenti” ed è attualmente il rivelatore più grande mai realizzato per questo scopo.

 

E’ costituito da una massa di 2 tonnellate di xenon.  La scoperta del decadimento dello Xenon-124, riportata su Nature, dimostra come la grande quantità ed elevata purezza dello xenon rendono l’esperimento XENON1T molto sensibile alla ricerca in atto, ossia quella della materia oscura.

 

Per osservare il decadimento dello xenon "c’è voluta moltissima pazienza, certo, ma non 26mila miliardi di miliardi di anni: sono stati sufficienti un anno e una settimana, dal 2 febbraio 2017 all’8 febbraio 2018. Anzi, anche meno, perché i giorni “utili” sono stati 178. Poco meno di sei mesi, dunque, durante i quali l’evento più raro di sempre è stato visto accadere grosso modo 126 volte. Il trucco è presto detto: invece di fissare un solo atomo, i fisici che hanno compiuto l’impresa di atomi di xenon-124 ne hanno tenuti sott’occhio circa un milione di miliardi di miliardi".

Scienziati all'opera durante la costruzione dell'esperimento. | XENON1T

Italia in prima fila. I gruppi INFN (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare), coordinati da Marco Selvi, della sezione INFN di Bologna, e guidati da Gabriella Sartorelli (Università di Bologna), Walter Fulgione (INFN-LNGS) e Giancarlo Trinchero (INFN-Torino), fanno parte del progetto XENON1T fin dal suo inizio, nel 2009 e sono stati coinvolti sia nel progetto di costruzione e ora nella ricerca.

 

 

25 Aprile 2019 | Luigi Bignami