PADME
PADME (Positron Annihilation into Dark Matter Experiment) è un esperimento dedicato alla ricerca della materia oscura e in particolare del fotone oscuro. Alcuni modelli teorici ammettono l’esistenza di una forza che collega il nostro mondo alla materia oscura. Questa cosiddetta “quinta forza” sarebbe associata a una particella mediatrice chiamata appunto fotone oscuro, una particella simile al fotone ordinario mediatore della forza elettromagnetica, ma con massa non nulla. Per produrlo PADME utilizza gli eventi di annichilazione tra i positroni prodotti ed accelerati dal LINAC a un’energia di 450 MeV e gli elettroni di un sottile bersaglio di diamante (dello spessore di 1/10 di mm), tramite la tecnica della massa mancante: misurando con precisione l’energia e la posizione del fotone prodotte nell’interazione e+ e- è possibile ricostruire la presenza di un’ulteriore particella invisibile. Questo è possibile grazie alle prestazioni del principale rivelatore, un calorimetro a cristalli scintillanti, realizzato a partire dagli elementi di BGO recuperati dall’esperimento L3 al LEP di Ginevra, oramai concluso.
La costruzione dell’esperimento è terminata alla fine del 2018 e nel corso del 2019 e 2020 sono state effettuate due prese dati che hanno permesso di accumulare 5 x 1012 positroni sul bersaglio con fascio secondario (a 545 MeV) e altrettanti con il fascio primario (di energia pari a 450 MeV). Molti di questi positroni hanno attraversato il bersaglio senza interazioni mentre una parte si è scontrata con gli elettroni degli atomi di carbonio che costituiscono il diamante producendo elettroni, positroni e fotoni. Ed è proprio tra queste interazioni che potrebbero nascondersi il fotone oscuro.
L’esperimento è attualmente in fase di analisi dei dati, con l’obbiettivo di avere indicazione sull’evidenza (o esclusione) dell’esistenza del fotone oscuro a queste energie. In particolare i dati consentiranno di definire i limiti sui valori della massa del fotone oscuro e della sua capacità di interagire con le particelle e le forze note. Per il futuro è stato proposto l’uso di uno degli anelli del collisore DAFNE allo scopo di allungare gli impulsi di fascio di positroni e aumentare la statistica dell’esperimento di un fattore 1000 (tramite l’estrazione risonante, progetto POSEYDON, e tramite l’uso di effetti di channeling in cristalli piegati, progetto SHERPA). I risultati di PADME andranno ad arricchire i dati presenti in letteratura in questo intervallo di energie che derivano da metodi alternativi usati in altri esperimenti per produrre il fotone oscuro ovvero tramite la collisione di fasci di elettroni e positroni e tramite i decadimenti di mesoni.
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Responsabile
Paolo Valente| Nome | Cognome | Ruolo | Qualifica |
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| Fabio | Ferrarotto | ||
| Emanuele | Leonardi | ||
| Elizabeth | Long | ||
| Giovanni | Organtini | Associato | Prof. Ordinario |
| Gabriele | Piperno | Mauro | Raggi | Associato | Prof. Associato |
| Paolo | Valente | Dipendente | Dirigente di Ricerca |