Il lavoro svolto all’interno dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'Infn (Istituto Nazionale di Fisica Nucleare) è ricerca pura ma con una forte componente di ricaduta territoriale. Vengono sviluppati progetti tecnologici ambiziosi che esportati all’industria fruttano 40 milioni di euro grazie ai prodotti che entrano in commercio.

La ricerca in questa ottica diventa un forte guadagno e non un costo. Grazie ai Finanziamenti del CIPE (Comitato delle Politiche economiche del Governo), nell’ambito della ricostruzione del cratere per la rivalutazione e l’innovazione tecnologica in seguito al terremoto, verrà costruita la Nuova Officina Assergi (NOA), che potrà esportare alle industrie la tecnologia di nuovi sensori elettro-ottici.

Per avere un’idea ben precisa del potenziale del nostro Istituto di Ricerca abbiamo intervistato il vastese Nicola Canci, ricercatore dell’esperimento DarkSide, di cui è responsabile il professor Cristiano Galbiati.

Cosa si studia nei Laboratori del Gran Sasso?

Quelli del Gran Sasso sono i laboratori sotterranei più grandi al mondo e si occupano di fisica astroparticellare, cioè rivelare particelle e capirne le sorgenti, le dinamiche e come esse sono fatte. Queste particelle vengono prevalentemente dal Sole, dalle stelle, dal Cosmo e dall'Universo più profondo. Sono messaggeri della materia costituita prevalentemente da neutrini e materia oscura. Di quest’ultima oggi sappiamo veramente molto poco ma paradossalmente rappresenta il 25% di tutto ciò che esiste. 

Ma studiare la materia oscura a cosa serve?

Edison inventò la lampadina e forse non pensava che avrebbe dato luce a tutta l’umanità. Il Ministro delle finanze inglese dell’epoca chiese a Faraday perché conducesse studi ed esperimenti sull’elettromagnetismo e a cosa servissero. Egli rispose che non lo sapeva ma che di sicuro ci sarebbe stato qualcuno che in futuro avrebbe tassato l’eventuale scoperta. 

L'intento è quello di mettere un altro mattone nella costruzione della conoscenza dell'Universo e comprendere meglio come funzionano i suoi meccanismi immettendo un altro pezzo del puzzle. 

La parte di materia che conosciamo è solo il 5% ed è costituita da un marasma di particelle che in gergo definiamo zoologia delle particelle. Ognuna di queste risponde ad un certo tipo di interazione e così ci aspettiamo che sia anche per quel 25 %. Magari la materia oscura sarà fatta soltanto di un tipo di particella. Non lo sappiamo ancora e l’indagine è volta proprio a scoprirlo. ​

Di cosa si occupa nello specifico il tuo gruppo di lavoro?

La collaborazione DarkSide conta circa 300 collaboratori. Dal 2013 coordino operazioni tecniche ed acquisizione dati dell’esperimento DarkSide-50 (DS-50), finalizzato a studiare la materia oscura.

Per questo progetto è attualmente in funzione un rivelatore con 50 kg di argon allo stadio in doppia fase, liquido e gassoso. L’argon è un gas nobile che in natura esiste allo stato gassoso ma in questo caso viene compresso e portato alla temperatura di circa 200 gradi sotto zero diventando così liquido. Quando le particelle passano e colpiscono l’argon perdono energia a causa di urti e si creano delle “scintille” di luce ultravioletta, che però i nostri occhi non sono in grado di vedere.

Il passaggio di tali particelle genera anche delle piccole cariche elettriche. Separando queste cariche elettriche e facendo confluire gli elettroni generati verso il gas, si generano delle scintillazioni secondarie che danno luogo ad un altro effetto di luce ultravioletta.

Questa tecnologia è molto potente in quanto rivelando con dei particolari fotosensori i vari segnali di scintillazione si riesce a discriminare e riconoscere che tipo di particella sia entrata nel rivelatore a gas nobile liquefatto.

 Perché sono importanti queste ricerche e quale impatto hanno sulla società?

L’obiettivo è naturalmente quello della scoperta della materia oscura ed i rivelatori vengono utilizzati come una sorta di microscopio. Ma ad un certo punto non si riesce più ad ottenere un ingrandimento indefinito e ciò significa che si ha la necessità di un microscopio più performante ed a più alta definizione.

Mentre in altri frangenti della fisica si fa una scoperta e la si utilizza per un ritrovato tecnologico, in questo ambito si spinge la tecnologia esistente all’ennesima potenza e poi si cerca di avere il ritrovato tecnologico, tentando magari di dare un contributo importante al progresso dell’umanità. 

Attualmente per la rivelazione della luce di scintillazione si utilizza un sistema di fotorilevazione fatto con dei sensori che si chiamano fotomoltiplicatori, ma intanto ci si sta concentrando su altri tipi di fotorivelatori al silicio (SiPM), da installare nel nuovo progetto DarkSide, le cui prestazioni possono essere ben migliori di quelli precedenti.

Quali sono queste ultime novità?

DarkSide-20k è un progetto molto ambizioso. La lente si sta allargando ed il microscopio diventa più performante, perché da 50 kg di Argon si sta andando verso 20 tonnellate. Il microscopio diventa più potente. Si cerca quindi di arrivare quanto prima possibile a scoprire la materia oscura, se mai ci dovessimo riuscire. Inoltre l’Argon che verrà utilizzato è molto particolare perché verrà estratto in alcuni giacimenti sotterranei del Colorado negli Stati Uniti e poi verrà purificato in un nuovo sistema a Seruci in Sardegna in una vecchia miniera in modo da eliminare un contaminante che ci darebbe dei falsi segnali.

La produzione di nuovi sensori verrà effettuata all’interno del progetto NOA, che verrà installata all’interno di una struttura funzionale ai Laboratori del Gran Sasso. Il primo committente sarà quindi l’esperimento DarkSide-20k, ma poi NOA si propone anche di dare un contributo rilevante alle aziende locali, attraverso il trasferimento tecnologico ed attività di ricerca e sviluppo di materiali e tecnologie, occupandosi di microelettronica, screening dei materiali, meccanica 3D, sensoristica opto-elettronica con ricadute importanti nei settori del automotive e della diagnostica medica avanzata e con una crescita professionale degli operatori e culturale ed economica del territorio.