Il rilevatore di materia oscura Xenon1T dei laboratori nazionali del Gran Sasso ha per la prima volta misurato la doppia cattura elettronica dell’isotopo xenon-124. Il decadimento più raro finora mai osservato
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Nei laboratori nazionali del Gran Sasso (Lngs) dell’Istituto nazionale di fisica nucleare (Infn), il rilevatore di materia oscura Xenon1T ha appena registrato uno degli eventi più rari dell’Universo. Lo strumento, infatti, è riuscito per la prima volta a rilevare direttamente uno speciale e rarissimo tipo di decadimento radioattivo, quello dello xenon-124. La scoperta è stata appena pubblicata su Nature.

Quella dell’esperimento Xenon1T è stata davvero un’impresa incredibile: il processo di decadimento di questo isotopo radioattivo, infatti, è estremamente lento. Basti pensare che la sua vita media (o tempo di dimezzamento) è di ben mille miliardi di volte più lunga dell’età dell’Universo. Più precisamente, il team di ricercatori è riuscito a osservare un evento rarissimo chiamato doppia cattura elettronica, fenomeno nel quale due protoni all’interno di un atomo di xenon catturano simultaneamente due elettroni, trasformandosi in due neutroni con l’emissione di due neutrini e di energia (circa 64.000 elettronvolt). Come spiegano gli esperti, attraverso questo processo lo xenon-124 si trasforma in tellurio-124.

“È il processo più lungo e più lento che sia mai stato osservato direttamente, e il nostro rilevatore di materia oscura è talmente tanto sensibile da riuscire a misurarlo”, ha spiegato uno dei ricercatori Ethan Brown del Rensselaer Polytechnic Institute (Rpi) di New York. “È incredibile aver assistito a questo processo e conferma che il nostro rilevatore può misurare l’evento più raro mai registrato”.

Anche se Xenon1T è stato costruito per cercare la materia oscura, i ricercatori sottolineano come questo strumento possa portarci a molte altre importanti scoperte. “Essere riusciti a osservare in modo diretto un decadimento così raro”, ha spiegato Elena Aprile, ricercatrice della Columbia University, a capo della collaborazione Xenon, “e in una regione di energia diversa da quella della ricerca di materia oscura per la quale è ottimizzato Xenon1T, conferma in modo inequivocabile le grandi potenzialità del nostro rivelatore”.

Quest’ultima osservazione, infatti, potrebbe aiutarci a capire meglio il mondo dei neutrini, particelle importanti per l’evoluzione dell’Universo, ma molto difficili da individuare. Questi nuovi risultati, infatti, potranno fornire informazioni sulla struttura dei nuclei, utili anche per gli esperimenti che cercano altri decadimenti rari, come il “decadimento doppio-beta senza neutrini” (0ν2beta).

“Il risultato”, ha commentato all’Ansa Marco Selvi, responsabile nazionale Infn dell’esperimento, “dimostra la grande sensibilità di Xenon1T, che lavora in condizioni di purezza record, riducendo al minimo la radioattività ambientale. Questo traguardo di oggi ci dice che siamo sulla strada giusta. E ci fa ben sperare per la futura caccia alle particelle di materia oscura con il fratello maggiore di Xenon1T, che sarà pronto alla fine del 2019 e lavorerà con una sensibilità 10 volte maggiore”.