Esperimento XenonnT entra per la prima volta nella nebbia di neutrini

L'AQUILA. Le capacità di rivelazione a bassa energia e il bassissimo rumore di fondo dell’esperimento XenonnT ai laboratori nazionali del Gran Sasso hanno reso possibile la prima misura di neutrini solari da parte di un rivelatore di materia oscura. In particolare, si tratta della misura di rinculi nucleari di bassa energia prodotti dall’interazione dei neutrini provenienti dal sole con lo xenon contenuto nel rivelatore. I neutrini sono prodotti nelle reazioni nucleari che avvengono all’interno della nostra stella, quelli studiati coinvolgono l’elemento del boro.

Il risultato dello studio, che è stato presentato in un workshop internazionale durante questi giorni, apre un nuovo capitolo nel campo della rivelazione diretta della materia oscura. Con questa misura, infatti, XenonnT inizia a esplorare la cosiddetta “nebbia di neutrini”, ossia a essere sensibile anche a quei segnali prodotti dalle interazioni dei neutrini con la massa sensibile dell’esperimento. Interazioni che rappresentano un rumore di fondo importante perché può imitare i segnali tipici della materia oscura. E’ quindi fondamentale misurare bene questa componente, per poter poi osservare i segnali di materia oscura in aggiunta ad essi.

L’analisi si è basata sui dati raccolti da XenonnT in un periodo di due anni, dal 7 luglio 2021 all’8 agosto 2023, che equivale a un’esposizione totale di circa 3,5 tonnellate-anno. Con esposizione si intende la quantità di materiale che viene utilizzato per osservare le particelle e la durata della presa dati: per farsi un’idea, è un po’ come avviene nell’attività della pesca, dove si considerano la dimensione della rete e il tempo che bisogna lasciarla in mare per catturare i pesci. L’analisi ha mostrato un eccesso di eventi di rinculo nucleare a bassa energia rispetto al fondo previsto, compatibile con un segnale prodotto dalle interazioni dei neutrini solari di boro-8. Il segnale rivelato ha una significatività statistica di 2,7 sigma, che corrisponde a una probabilità di circa lo 0,35% che esso non sia reale, ma dovuto al fondo.

Da tempo si prevede che i neutrini solari possano essere misurati tramite i rivelatori costruiti per cercare segnali di particelle candidate a costituire la materia oscura, quando questi rivelatori raggiungono esposizione e sensibilità sufficienti. La sensibilità rappresenta la capacità di un rivelatore di osservare anche le particelle più sfuggenti: proseguendo con la metafora della pesca, è un po’ come una rete a maglie molto fini dove anche i pesci più piccoli rimangono imbrigliati. Osservare questo debole segnale, con energie appena rivelabili negli esperimenti a xenon liquido, richiede ottime prestazioni del rivelatore e sofisticati metodi di discriminazione segnale-rumore. La misura conferma quindi le eccellenti prestazioni di XenonnT nel rivelare segnali rari di bassa energia.

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