DAMA/LIBRA

DAMA/LIBRA è un esperimento di fisica delle particelle ideato per lo studio della materia oscura in forma di particelle usando l'approccio della rivelazione diretta^[1]. L'esperimento usa una matrice di rivelatori a scintillazione di NaI(Tl) ultra-radiopuri all’interno di uno schermo di molte tonnellate per evidenziare la presenza di particelle massive che costituiscono la materia oscura dell'Universo.

L'obiettivo di DAMA/LIBRA è l'osservazione di una peculiare modulazione annuale del segnale dovuta alle particelle di materia oscura^[2]. Infatti, a causa del moto di rivoluzione della Terra attorno al Sole, che a sua volta si muove nella Via Lattea, il flusso di particelle di materia oscura dell’alone galattico che attraversano il nostro pianeta è atteso essere massimo nel periodo attorno al 2 giugno e un minimo intorno al 2 dicembre. L'esperimento è posizionato in sotterraneo presso i Laboratori nazionali del Gran Sasso.

Rivelatore

Il rivelatore DAMA/LIBRA (Large sodium Iodide Bulk for RAre processes) è composto da 25 cristalli scintillatori di ioduro di sodio drogato al tallio (NaI(Tl)) ultra-radiopuri, cioè realizzati rimuovendo in modo molto efficace materiali radioattivi di cui vi poteva esser traccia. Tali cristalli sono disposti in una matrice di 5-righe per 5-colonne, ed ogni cristallo è accoppiato con due fotomoltiplicatori attraverso guide di luce. I rivelatori sono installati all'interno di una scatola di rame sigillata e mantenuta al suo interno in atmosfera di 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 circonda tale schermatura.

Nel 2008 e nel 2010 sono stati realizzati alcuni miglioramenti di DAMA/LIBRA. In particolare, l'importante intervento del 2010^[3] ha permesso di realizzare la nuova fase 2 di DAMA/LIBRA diminuendo la soglia energetica e incrementando la sensibilità dell'apparato.

Risultati

I dati rilasciati fino al 2016 da DAMA/LIBRA corrispondono a 7 cicli annuali^[4]. Considerando questi dati insieme con quelli raccolti da DAMA/NaI su 7 cicli annuali, la presa dati totale è stata di 14 cicli annuali. L'esperimento ha osservato una peculiare modulazione annuale nei dati che soddisfa tutte le caratteristiche attese per un segnale dovuto alla presenza di particelle di materia oscura nell'alone galattico con elevata significatività statistica.

Come precedentemente fatto per DAMA/NaI è stato eseguito uno studio accurato e quantitativo delle possibili sorgenti di sistematiche e eventuali reazioni in concorrenza. Nessun effetto sistematico o reazione capace di imitare la marcatura studiata è stato trovato o suggerito da altri in più di dieci anni. 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^[5]^[6]^[7]^[8]^[9]^[10]. Il confronto con i risultati di altri esperimenti è una questione aperta che dipende dalle incertezze dei modelli che si considerano per il confronto e dalle diverse procedure sperimentali.

L'esperimento ha inoltre ottenuto e pubblicato risultati su altri processi rari^[11]^[12]^[13].

Note

^ R. Bernabei et al., The DAMA/LIBRA apparatus, in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 592, n. 1, 2008, p. 297, Bibcode:2008NIMPA.592..297B, DOI:10.1016/j.nima.2008.04.082, arXiv:0804.2738.
^ Multimedia Service, La luce di Dama, su asimmetrie.it. URL consultato il 14 luglio 2017.
^ 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, DOI:10.1088/1748-0221/7/03/P03009, arXiv:1002.1028.
^ R. Bernabei et al., Final model independent result of DAMA/LIBRA–phase1, in The European Physical Journal C, vol. 73, n. 5, 2013, p. 2648, DOI:10.1140/epjc/s10052-013-2648-7.
^ 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, DOI:10.1103/PhysRevD.84.055014, arXiv:1106.4667.
^ 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, DOI:10.1103/PhysRevLett.107.141301, arXiv:1106.0650.
^ Dan Hooper et al., A Consistent Dark Matter Interpretation For CoGeNT and DAMA/LIBRA, in Physical Review D, 2010, p. 123509, DOI:10.1103/PhysRevD.82.123509, arXiv:1007.1005.
^ M. R. Buckley et al., Particle Physics Implications for CoGeNT, DAMA, and Fermi, in Physics Letters B, vol. 702, 2011, p. 216, DOI:10.1016/j.physletb.2011.06.090, arXiv:1011.1499.
^ E. Del Nobile et al., Interfering Composite Asymmetric Dark Matter for DAMA and CoGeNT, in Physical Review D, vol. 84, 2011, p. 027301, DOI:10.1103/PhysRevD.84.027301, arXiv:1105.5431.
^ M.T. Frandsen et al., On the DAMA and CoGeNT Modulations, in Physical Review D, vol. 84, 2011, p. 041301, DOI:10.1103/PhysRevD.84.041301, arXiv:1105.3734.
^ (EN) R. Bernabei, P. Belli e F. Cappella, Search for charge non-conserving processes in 127I by coincidence technique, in The European Physical Journal C, vol. 72, n. 3, 1º marzo 2012, p. 1920, DOI:10.1140/epjc/s10052-012-1920-6. URL consultato il 14 luglio 2017.
^ (EN) R. Bernabei, P. Belli e F. Cappella, New search for processes violating the Pauli exclusion principle in sodium and in iodine, in The European Physical Journal C, vol. 62, n. 2, 1º luglio 2009, pp. 327-332, DOI:10.1140/epjc/s10052-009-1068-1. URL consultato il 14 luglio 2017.
^ (EN) R. Bernabei, P. Belli e F. Cappella, New search for correlated e+e- pairs in the \alpha decay of 241Am, in The European Physical Journal A, vol. 49, n. 5, 1º maggio 2013, p. 64, DOI:10.1140/epja/i2013-13064-1. URL consultato il 14 luglio 2017.

Voci correlate

DAMA/NaI

Collegamenti esterni

Il progetto DAMA, su dama.web.roma2.infn.it.
L'esperimento DAMA ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso, su lngs.infn.it.

[1] R. Bernabei et al., The DAMA/LIBRA apparatus, in Nuclear Instruments and Methods in Physics Research A, vol. 592, n. 1, 2008, p. 297, Bibcode:2008NIMPA.592..297B, DOI:10.1016/j.nima.2008.04.082, arXiv:0804.2738.

[2] Multimedia Service, La luce di Dama, su asimmetrie.it. URL consultato il 14 luglio 2017.

[3] 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, DOI:10.1088/1748-0221/7/03/P03009, arXiv:1002.1028.

[4] R. Bernabei et al., Final model independent result of DAMA/LIBRA–phase1, in The European Physical Journal C, vol. 73, n. 5, 2013, p. 2648, DOI:10.1140/epjc/s10052-013-2648-7.

[5] 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, DOI:10.1103/PhysRevD.84.055014, arXiv:1106.4667.

[6] 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, DOI:10.1103/PhysRevLett.107.141301, arXiv:1106.0650.

[7] Dan Hooper et al., A Consistent Dark Matter Interpretation For CoGeNT and DAMA/LIBRA, in Physical Review D, 2010, p. 123509, DOI:10.1103/PhysRevD.82.123509, arXiv:1007.1005.

[8] M. R. Buckley et al., Particle Physics Implications for CoGeNT, DAMA, and Fermi, in Physics Letters B, vol. 702, 2011, p. 216, DOI:10.1016/j.physletb.2011.06.090, arXiv:1011.1499.

[9] E. Del Nobile et al., Interfering Composite Asymmetric Dark Matter for DAMA and CoGeNT, in Physical Review D, vol. 84, 2011, p. 027301, DOI:10.1103/PhysRevD.84.027301, arXiv:1105.5431.

[10] M.T. Frandsen et al., On the DAMA and CoGeNT Modulations, in Physical Review D, vol. 84, 2011, p. 041301, DOI:10.1103/PhysRevD.84.041301, arXiv:1105.3734.

[11] (EN) R. Bernabei, P. Belli e F. Cappella, Search for charge non-conserving processes in 127I by coincidence technique, in The European Physical Journal C, vol. 72, n. 3, 1º marzo 2012, p. 1920, DOI:10.1140/epjc/s10052-012-1920-6. URL consultato il 14 luglio 2017.

[12] (EN) R. Bernabei, P. Belli e F. Cappella, New search for processes violating the Pauli exclusion principle in sodium and in iodine, in The European Physical Journal C, vol. 62, n. 2, 1º luglio 2009, pp. 327-332, DOI:10.1140/epjc/s10052-009-1068-1. URL consultato il 14 luglio 2017.

[13] (EN) R. Bernabei, P. Belli e F. Cappella, New search for correlated e+e- pairs in the \alpha decay of 241Am, in The European Physical Journal A, vol. 49, n. 5, 1º maggio 2013, p. 64, DOI:10.1140/epja/i2013-13064-1. URL consultato il 14 luglio 2017.

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