DARKSIDE

Il Progetto DARKSIDE ha come obiettivo scientifico la ricerca di materia oscura mediante misura diretta. Il progetto e’ articolato in differenti fasi sperimentali, ospitate presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso.

Tra l’anno 2013 e il 2020 e’ stato attivo il rivelatore DarkSide-50, una camera a proiezione temporale (TPC) ad argon a doppia fase e ha pubblicato vincoli stringenti sulle sezioni d’urto della materia oscura sia su nucleone che su elettrone. La TPC in Argon a doppia fase di DarkSide-50 era inserita all’interno di un veto per neutroni costituito da scintillatore liquido borato, il quale a sua volta è inserito all’interno di un veto per muoni costituito da un rivelatore Cherenkov ad acqua, che consente una efficace soppressione attiva del fondo. Nel 2015 la collaborazione DarkSide ha aperto la strada all’uso di argon a bassissima radioattività da sorgenti sotterranee (UAr) come bersaglio ideale per futuri esperimenti. Il run di fisica con il target di UAr è durato dal 2015 al 2018. Utilizzando questi dati, la collaborazione DarkSide-50 ha pubblicato il suo risultato finale sui candidati di materia oscura WIMP di massa elevata nel 2018, con un limite di esclusione al 90% di CL di 3,78×10-44 cm2 alla massa di 1TeV/c2. Più recentemente, nel 2022, la collaborazione DarkSide ha aggiornato i suoi precedenti risultati sui candidati di materia oscura a bassa massa utilizzando l’intero set di dati acquisito dall’esperimento, e stabilendo il limite piu’ stringente per la sezione d’urto DM-nucleone di 6×10-43 cm2 per una massa WIMP di 3GeV/c2.

L’esperimento DarkSide-20k consiste in un rivelatore alloggiato all’interno di un contenitore sigillato di acciaio inossidabile (vessel) e un veto muonico esterno, inseriti all’interno di un criostato a membrana in stile ProtoDUNE. L’esperimento è attualmente in costruzione nella Hall-C dei LNGS e si prevede che inizi la presa dati nel 2027. DarkSide-20k rileverà la materia oscura WIMP o escluderà un’ampia frazione dello spazio dei parametri WIMP.

Il rivelatore interno è una camera a proiezione temporale in doppia fase contenuta all’interno del vessel e riempito con argon a bassissima radioattività proveniente da sorgenti sotterranee (UAr) e letto da 528 moduli di fotorivelatori basati su SiPM. L’altezza della TPC è di 350 cm e la massa totale di UAr nel volume attivo è di 49,7 t. Il vessel separa il volume di UAr dalle 600 t di argon liquido atmosferico (AAr) che riempiono l’intero volume del criostato ProtoDUNE. DarkSide-20k è progettato per lavorare in condizioni di “fondo nullo”, intendendo che tutte le sorgenti di fondi radioattivi naturali o indotti dagli strumenti siano inferiori a 0.1 eventi per una esposizione di 200 tonnellate-anno. Tutti i fondi da radiazione al minimo di ionizzazione saranno completamente rimossi grazie all’azione combinata dell’analisi della forma degli impulsi (“Pulse Shape Discrimination”) della scintillazione primaria ed al suo confronto con la radiazione secondaria. Questa eccellente sensibilità ai rinculi coerenti dei nuclei permetterà a DarkSide-20k di rivelare impulsi di neutrini provenienti dall’esplosione di supernovae nella Via Lattea e, per la maggior parte della galassia, identificare chiaramente l’impulso di neutronizzazione, ottenendo una misura indipendente dal flavor del flusso totale dei neutrini e dell’energia media.

Il detector ARGO costituira’ la terza fase del progetto DARKSIDE, questo rivelatore costituito da una massa attiva efficace di 300t, permettera’ di raggiungere una sensitivita’ a livello del “neutrino floor”.