DAMA/LIBRA

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DAMA/LIBRA è un esperimento di fisica delle particelle ideato per la rivelazione della materia oscura usando l'approccio della rivelazione diretta[1]. L'esperimento usa un rivelatore a scintillazione per cercare di rivelare le WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), delle ipotetiche particelle massive di materia oscura che interagiscono con la materia ordinaria solo tramite la gravità e la forza nucleare debole.

L'obiettivo di DAMA/LIBRA è l'osservazione di una modulazione annuale del segnale dovuta alla materia oscura. Infatti, se sono presenti particelle di materia oscura nell'alone galattico della Via lattea, allora il moto di rivoluzione della terra attorno al sole potrebbe causare l'osservazione di un flusso maggiore di particelle di materia oscura nel periodo attorno al 2 Giugno, e un flusso minore intorno al 2 Dicembre[2]. L'esperimento è posizionato sotto terra presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso.

Rivelatore[modifica | modifica wikitesto]

L'esperimento è composto da 25 cristalli scintillatori di Ioduro di Sodio drogato al Tallio (NaI(Tl)), ultra-radiopuri e disposti in una matrice di 5-righe per 5-colonne; ogni cristallo è accoppiato con due fotomoltiplicatori di basso fondo attraverso guide di luce. I rivelatori sono installati all'interno di una scatola di rame sigillata e flussata con azoto iperpuro; per ridurre il fondo ambientale naturale, la scatola di rame è circondata da una schermatura di molte tonnellate composta da rame, piombo, polietilene/paraffina, fogli di cadmio. Inoltre circa 1 m di cemento (ottenuto dalla roccia del Gran Sasso) circonda (principalmente all'esterno della installazione) tale schermatura. L'installazione ha un sistema di sigillazione a 3 livelli che isola i rivelatori dall'aria ambientale. L'intera installazione è condizionata e molti parametri sono memorizzati e controllati continuamente.

Risultati[modifica | modifica wikitesto]

I dati rilasciati fino al 2016 da DAMA/LIBRA corrispondono a 7 cicli annuali[3]. Considerando questi dati insieme con quelli raccolti da DAMA/NaI su 6 cicli annuali, l'esposizione totale (1.17 ton x yr) è stata raccolta su 13 cicli annuali[2]. L'esperimento ha ulteriormente confermato l'evidenza indipendente da modelli della presenza di particelle di materia Oscura nell'alone galattico con elevata significatività statistica, sulla base della marcatura per Materia Oscura investigata.

Come precedentemente fatto per DAMA/NaI è stato eseguito uno studio accurato e quantitativo di tutte le possibili sorgenti di sistematiche e di reazioni in concorrenza. Nessun effetto sistematico o reazione in concorrenza capace di imitare la marcatura è stato trovato o suggerito da altri in più di dieci anni[4][5][6].

L'evidenza indipendente da modelli ottenuta è compatibile con un ampio insieme di scenari che riguardano la natura della particella candidata e i correlati modelli di astrofisica, di fisica nucleare e di fisica delle particelle[7][8][9][10][11][12][13][14][15][16][17][18][19][20][21][22][23].

L'esperimento ha anche ottenuto e pubblicato risultati su altri processi rari; altri studi sono in corso.

Si sono realizzati alcuni miglioramenti di DAMA/LIBRA nel 2008 e nel 2010. In particolare, l'importante intervento del 2010[24] può permettere nella nuova fase 2 di DAMA/LIBRA di incrementare la sensibilità dell'apparato, di diminuire la soglia energetica software di analisi, di realizzare altre investigazioni con sensibilità maggiori.

C'è tuttavia da dire che i risultati ottenuti nell'esperimento DAMA/LIBRA per la massa e la sezione d'urto di WIMP su nuclei sono stati sconfessati da esperimenti successivi. In particolare da CDMS[25], EDELWEISS e XENON.

Un meccanismo che spiega i risultati di questo esperimento è stato recentemente proposto[26]. Questo esclude che l'effetto osservato sia dovuto alla materia oscura.

Note[modifica | modifica wikitesto]

  1. ^ R. Bernabei et al., The DAMA/LIBRA apparatus, in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 592, nº 3, 2008, p. 297, arXiv:0804.2738, Bibcode:2008NIMPA.592..297B, DOI:10.1016/j.nima.2008.04.082.
  2. ^ a b (EN) R. Bernabei, P. Belli e F. Cappella, Final model independent results of DAMA/LIBRA-phase1 and perspectives of phase2, in Physics of Particles and Nuclei, vol. 46, nº 2, 1° marzo 2015, pp. 138–146, DOI:10.1134/S1063779615020045. URL consultato il 29 maggio 2017.
  3. ^ R. Bernabei, P. Belli e S. d'Angelo, DAMA/LIBRA results and perspectives, in Bled Workshops Phys., vol. 17, 2016, pp. 1–7, DOI:10.1051/epjconf/201713605001. URL consultato il 29 maggio 2017.
  4. ^ R. Bernabei et al., First results from DAMA/LIBRA and the combined results with DAMA/NaI, in European Physical Journal C, vol. 56, 2008, p. 333, arXiv:0804.2741, DOI:10.1140/epjc/s10052-008-0662-y.
  5. ^ R. Bernabei et al., New results from DAMA/LIBRA, in European Physical Journal C, vol. 67, 2010, p. 39, arXiv:1002.1028, DOI:10.1140/epjc/s10052-010-1303-9.
  6. ^ R. Bernabei et al., No role for muons in the DAMA annual modulation results, 2012, arXiv:1202.4179.
  7. ^ P. Belli et al., Observations of annual modulation in direct detection of relic particles and light neutralinos, in Physical Review D, vol. 84, 2011, p. 055014, arXiv:1106.4667, DOI:10.1103/PhysRevD.84.055014.
  8. ^ N. Fornengo et al., Discussing direct search of dark matter particles in the Minimal Supersymmetric extension of the Standard Model with light neutralinos, in Physical Review D, vol. 83, 2011, p. 015001, arXiv:1011.4743.
  9. ^ S. Chang et al., Inelastic dark matter in light of DAMA/LIBRA, in Physical Review D, vol. 79, 2009, p. 043513.
  10. ^ S. Andreas et al., WIMP dark matter, Higgs exchange and DAMA, in Journal of Cosmology and Astroparticle Physics, vol. 0810, 2008, p. 034, DOI:10.1088/1475-7516/2008/10/034.
  11. ^ Yeong Gyun Kim and Seodong Shin, Singlet fermionic dark matter explains DAMA signal, in Journal of High Energy Physics, vol. 0905, 2009, p. 036, DOI:10.1088/1126-6708/2009/05/036.
  12. ^ C.E. Aalseth et al., Results from a Search for Light-Mass Dark Matter with a P-type Point Contact Germanium Detector, in Physical Review Letters, vol. 106, 2011, p. 131301, arXiv:1002.4703, DOI:10.1103/PhysRevLett.106.131301.
  13. ^ C.E. Aalseth et al., Search for an Annual Modulation in a P-type Point Contact Germanium Dark Matter Detector, in Physical Review Letters, vol. 107, 2011, p. 141301, arXiv:1106.0650, DOI:10.1103/PhysRevLett.107.141301.
  14. ^ A. Liam Fitzpatrick et al., Implications of CoGeNT and DAMA for Light WIMP Dark Matter, 2010, arXiv:1003.0014.
  15. ^ Dan Hooper et al., A Consistent Dark Matter Interpretation For CoGeNT and DAMA/LIBRA, in Physical Review D, 2010, p. 123509, arXiv:1007.1005, DOI:10.1103/PhysRevD.82.123509.
  16. ^ J.F. Gunion et al., CoGeNT, DAMA, and Neutralino Dark Matter in the Next-To-Minimal Supersymmetric Standard Model, 2010, arXiv:1009.2555.
  17. ^ A.V. Belikov et al., CoGeNT, DAMA, and Light Neutralino Dark Matter, 2011, arXiv:1009.0549, DOI:10.1016/j.physletb.2011.09.081.
  18. ^ S. Shin, Light neutralino dark matter in light Higgs scenario related with the CoGeNT and DAMA/LIBRA results, 2010, arXiv:1011.6377.
  19. ^ M. R. Buckley et al., Particle Physics Implications for CoGeNT, DAMA, and Fermi, in Physics Letters B, vol. 702, 2011, p. 216, arXiv:1011.1499, DOI:10.1016/j.physletb.2011.06.090.
  20. ^ E. Del Nobile et al., Interfering Composite Asymmetric Dark Matter for DAMA and CoGeNT, in Physical Review D, vol. 84, 2011, p. 027301, arXiv:1105.5431, DOI:10.1103/PhysRevD.84.027301.
  21. ^ M.T. Frandsen et al., On the DAMA and CoGeNT Modulations, in Physical Review D, vol. 84, 2011, p. 041301, arXiv:1105.3734, DOI:10.1103/PhysRevD.84.041301.
  22. ^ C. Arina et al., A Bayesian view of the current status of dark matter direct searches, 2011, arXiv:1105.5121.
  23. ^ M. S. Boucenna, S. Profumo, Direct and Indirect Singlet Scalar Dark Matter Detection in the Lepton-Specific two-Higgs-doublet Model, 2011, arXiv:1106.3368.
  24. ^ R. Bernabei et al., Performances of the new high quantum efficiency PMTs in DAMA/LIBRA, in European Physical Journal C, vol. 7, 2012, p. 03009, arXiv:1002.1028, DOI:10.1088/1748-0221/7/03/P03009.
  25. ^ Results from a Low-Energy Analysis of the CDMS II Germanium Data (PDF), arxiv.org.
  26. ^ Jonathan H. Davis, Fitting the Annual Modulation in DAMA with Neutrons from Muons and Neutrinos, in Physical Review Letters, vol. 113, 2014, p. 081302, arXiv:1407.1052, DOI:10.1103/PhysRevLett.113.081302.

Voci correlate[modifica | modifica wikitesto]

Collegamenti esterni[modifica | modifica wikitesto]