Secondo le nostre migliori teorie attuali, la materia che compone stelle, pianeti e tutto ciò che vediamo è solo una piccola frazione della materia totale nell’universo. A superare questa materia regolare di cinque a uno è la materia oscura, una sostanza invisibile che non interagisce con la luce. Non sappiamo cosa sia questa materia oscura, ma molti laboratori la stanno cercando – e sono sepolti in profondità sotto terra. Per saperne di più, IFLScience è scesa nella miniera più profonda della Gran Bretagna, al Boulby Underground Lab.
Ci sono alcune ragioni per cui mettere il rilevatore di materia oscura in profondità sotto la Terra è vantaggioso. Alcune hanno a che fare con la natura della materia oscura. La convinzione che esista deriva dal fatto che le galassie si muovono come se avessero molta più massa di quanto appaia, quindi la materia oscura interagirebbe gravitazionalmente ma non con la luce. Se la materia oscura è effettivamente composta da particelle, queste particelle potrebbero occasionalmente colpire un atomo – e se questo atomo fosse all’interno di un rilevatore, causerebbe un lampo di luce.
“Non sarà davvero nessuna delle particelle che già conosciamo. Sarebbero particelle che si comportano in modo simile ai neutrini, che sappiamo esistere. Miliardi di essi stanno passando attraverso di noi tutto il tempo, ma devono pesare di più. Non pesano abbastanza. Quindi ci sono una gamma di particelle di diverse masse, da molto leggere a molto pesanti,” ha detto il Professor Sean Paling, Direttore del Boulby Underground Laboratory, a IFLScience.
Ma le particelle di materia oscura e i neutrini non sono le uniche particelle che si muovono liberamente: la superficie del nostro pianeta è costantemente bombardata da raggi cosmici. Alcuni provengono dal Sole, altri da eventi cosmici energetici come supernove o il vicinato di buchi neri. Quando colpiscono l’atmosfera, causano una pioggia di particelle secondarie che possono anche entrare nei rilevatori e colpire atomi, creando lampi di luce. Per questo motivo, quei rilevatori devono essere schermati, e il modo più semplice per farlo è mettere molte centinaia di metri di roccia tra loro e la superficie del pianeta.
Il Boulby Underground Lab è gestito dal Science and Technology Facilities Council. Si trova a 1,1 chilometri (0,68 miglia) sotto terra nella miniera di Boulby, una miniera di polialite e sale in attività – a quella profondità, il fondo dai raggi cosmici è un milione di volte più piccolo. “Se vieni qui giù, dove siamo ora, abbiamo un chilometro, 1,1 chilometri sopra la nostra testa di roccia che ci protegge da quei raggi cosmici,” ha continuato il Professor Paling. ”Tutte le teorie suggeriscono che queste particelle di materia oscura dovrebbero essere in grado di passare attraverso [la roccia]. Quindi le particelle di materia oscura dovrebbero essere qui, ma i raggi cosmici dovrebbero rimanere lassù. Quindi è un ambiente tranquillo per far funzionare questi rilevatori di particelle molto sensibili.”
Boulby non è certamente l’unico a usare la geologia come protezione contro i raggi cosmici. Un rilevatore di materia oscura chiamato XENON si trova nel Laboratorio Nazionale del Gran Sasso in Italia, in profondità sotto la montagna più alta degli Appennini. C’è anche il rilevatore di materia oscura LZ situato in una ex miniera del South Dakota. Simile nell’approccio, ma diverso nell’obiettivo, è il rilevatore di neutrini Super-Kamiokande situato sotto il Monte Ikeno in Giappone. Questi rilevatori hanno una connessione con Boulby oltre alle loro posizioni sotterranee.
Oltre ai raggi cosmici, c’è un’altra fonte di possibile confusione: molti materiali, da alcune rocce alle banane (e persino gli esseri umani), sono naturalmente radioattivi. “La purezza radioattiva è un grosso problema per gli scienziati perché non possono ottenere i loro rilevatori di materia oscura con esattamente nessun fondo dal rilevatore stesso,” ha detto Beth Green, Apprendista Tecnico di Laboratorio al Boulby Underground Laboratory, a IFLScience. Boulby aiuta a stabilire il livello di radioattività per il materiale che costruisce quei rilevatori. Hanno diversi esperimenti per farlo, e i loro risultati modellano i rilevatori di particelle e la loro scienza in tutto il mondo.
Boulby spera di essere la sede del prossimo rilevatore internazionale di materia oscura, ma la struttura fa più che cercare la materia oscura. È coinvolta nella sicurezza nucleare, oltre a essere un luogo per testare forme innovative di stoccaggio dell’energia e preparare sia la tecnologia che le persone per andare in altri mondi. Scopri di più su questo affascinante laboratorio e sulla ricerca della materia oscura nel nostro mini-documentario qui o sopra.