XENON

XENON è una collaborazione scientifica internazionale, sparsa su tre continenti, leader mondiale nella ricerca diretta di materia oscura: uno dei costituenti fondamentali dell’Universo. Sappiamo che la materia oscura esiste ed è molto più abbondante della materia ordinaria, ma nessuno l’ha mai osservata. Una prova diretta della sua esistenza rappresenterebbe una pietra miliare nella storia della fisica ed un enorme balzo in avanti nella conoscenza dell’Universo. 

Gli esperimenti della collaborazione XENON, tutti ospitati nei Laboratori sotterranei del Gran Sasso (LNGS), adoperano rivelatori chiamati camere a proiezione temporale (TPC) per registrare l’interazione di particelle di materia oscura con un bersaglio di xeno liquido (LXe). Il primo rivelatore, XENON10 (2005), ed il suo successore, XENON100 (2009), hanno prodotto i migliori risultati al mondo per la ricerca diretta di materia oscura.

Con l’esperimento XENON1T (2016), la collaborazione ha aperto l’era dei rivelatori sulla scala delle tonnellate, operando una TPC con 2 tonnellate di LXe. La grande mole ed il più basso livello di fondo mai raggiunto hanno permesso a XENON1T di ottenere una sensibilità senza precedenti, tanto da essere anche capace di rivelare il processo più raro mai osservato dall’uomo: il decadimento da doppia cattura elettronica dello 124XeIl rivelatore XENONnT, upgrade di XENON1T, rappresenta la fase attuale del progetto che utilizza un totale di più di 8 tonnellate di LXe.  

L’esperimento XENON1T nella Hall B dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (2018). Sulla sinistra: il rivelatore Cherenkov di muoni alto 10 metri che contiene al suo interno la TPC a xeno liquido. Sulla destra: l’edificio che ospita i sistemi ausiliari dell’esperimento, fra cui i sistemi di purificazione, raffreddamento e stoccaggio dello xeno e il sistema di acquisizione dati. L’upgrade XENONnT sfrutterà molte delle infrastrutture già installate per XENON1T.
Attività INFN Bologna

Il gruppo XENON di Bologna fa parte della collaborazione dal 2013 ed è impegnato in diversi ambiti del progetto di ricerca sperimentale.

Muon Veto  Il sistema di veto di muoni per gli esperimenti XENON1T e XENONnT è stato progettato, testato e costruito sotto la direzione del gruppo di Bologna, che si occupa anche della sua manutenzione e della relativa analisi dati. Questo grande rivelatore Cherenkov riempito d’acqua permette di abbattere il fondo dovuto a neutroni generati da muoni cosmici che penetrano all’interno delle sale sperimentali dei LNGS.

Neutron Veto  A differenza di XENON1T, l’esperimento XENONnT dispone di un ulteriore rivelatore che circonda la TPC e funge da veto per neutroni emessi dalla radioattività dei materiali dell’esperimento stesso. Il gruppo di Bologna è responsabile per lo studio, la progettazione e la realizzazione di tale sistema.

Simulazioni Monte Carlo  Il gruppo di Bologna ricopre un ruolo di coordinamento delle attività di simulazione dell’esperimento e studio delle sorgenti di fondo sia per XENON1T che XENONnT. Tali simulazioni sono fondamentali per caratterizzare la risposta del rivelatore e predire il fondo atteso da interazioni di particelle ordinarie.

Analisi Dati  L’analisi dei dati raccolti dall’esperimento XENON1T, che ha prodotto i migliori risultati attualmente disponibili sulla ricerca diretta di materia oscura, è stata condotta con il contributo del gruppo di Bologna. L’impegno nell’analisi dati proseguirà anche in XENONnT.

Membri INFN Bologna
Gabriella Sartorelli
Professore ordinario
PI XENON Bologna
gabriella.sartorelli@bo.infn.it
+39 051 20 9 1062
Marco Selvi
Primo ricercatore INFN
Responsabile nazionale XENON
marco.selvi@bo.infn.it
+39 051 20 9 1120
Graziano Bruni
Dirigente di ricerca INFN
graziano.bruni@bo.infn.it
+39 051 20 9 1057
Lorenzo Bellagamba
Primo ricercatore INFN
bellagamba@bo.infn.it
+39 051 20 9 1082
Franco Semeria
Primo tecnologo INFN
semeria@bo.infn.it
+39 051 20 9 1192
Federica Agostini
Assegnista di ricerca
federica.agostini@bo.infn.it
Pietro Di Gangi
Assegnista di ricerca
pietro.digangi@bo.infn.it
+39 051 20 9 1130
 

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