L'esperimento Lux-Zeplin (LZ), nascosto a 1,6 chilometri sotto la roccia del Sud Dakota, ha registrato un singolo evento a 248 keV che non trova una spiegazione facile fra i segnali di fondo noti. Non è ancora una scoperta: la significatività globale è ferma a 2,6 sigma, ben lontana dai 5 sigma richiesti dalla fisica per parlare di rilevazione.
Il segnale a 248 keV dal Sud Dakota
LZ è un rivelatore di 10 tonnellate di xeno liquido ultra-puro ospitato dal Sanford Underground Research Facility. Cerca le WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), le particelle candidate a costituire la materia oscura che, secondo la cosmologia standard, forma l'85% della massa dell'universo. L'analisi di 220 giorni di dati raccolti tra marzo 2023 e aprile 2024 ha isolato una collisione compatibile con l'urto di una particella contro un nucleo di xeno.
Il valore locale della significatività arriva a 3,4 sigma, ma scende a 2,6 sigma quando si tiene conto del look-elsewhere effect. "Non stiamo affermando di aver osservato la materia oscura, ma abbiamo osservato qualcosa di interessante", ha dichiarato il portavoce Rick Gaitskell della Brown University nel comunicato del Berkeley Lab sull'evento LZ. Il risultato è stato presentato il 1 settembre 2026 al convegno TeV Particle Astrophysics di Tendo, in Giappone, e depositato come preprint su arXiv in attesa della pubblicazione su Physical Review Letters. Se il segnale fosse reale, la WIMP responsabile avrebbe una massa di almeno 200 GeV/c², oltre 200 volte quella del protone.
La partita si sposta al Gran Sasso
La conferma o la smentita del risultato di LZ passa dall'Italia. Ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN opera XENONnT, il rivelatore gemello di LZ: usa la stessa tecnologia allo xeno liquido, con 5,9 tonnellate di xeno ultra-puro, ospitato a 1.400 metri di profondità sotto il massiccio abruzzese. La collaborazione XENON conta circa 200 scienziati da 30 istituzioni internazionali.
Il contributo italiano è centrale. Cinque sezioni INFN partecipano al progetto (Bologna, Ferrara, Napoli, Torino e i Laboratori Nazionali del Gran Sasso). I gruppi italiani hanno progettato e costruito i sistemi di veto muonico e neutronico, curato la purificazione dello xeno, sviluppato le simulazioni Monte Carlo e messo a disposizione le risorse di calcolo del CNAF. È lo stesso Selvi, sentito da Media INAF, a mettere in fila i numeri: per portare il segnale di LZ oltre la soglia dei 5 sigma servirebbe "almeno quattro volte" la statistica attuale.
XENONnT è ancora in presa dati e ha appena pubblicato la prima misura di neutrini solari a bassa energia dai Laboratori del Gran Sasso. Se il segnale trovato in Sud Dakota fosse reale, il rivelatore abruzzese dovrebbe vedere lo stesso identico effetto, con la stessa massa e la stessa energia di rinculo: è il tipo di verifica indipendente che la fisica delle particelle richiede prima di annunciare qualsiasi scoperta. La ricerca sperimentale italiana gioca ai livelli più alti in questo campo, come raccontato anche nella panoramica delle cinque ricerche italiane più importanti del semestre.
XLZD, il rivelatore che unirà LZ e XENONnT
La convergenza fra LZ e XENONnT non è solo una questione di verifica reciproca. Le due collaborazioni stanno lavorando insieme al futuro XLZD (XENON-LZ-DARWIN), un rivelatore con massa attiva circa dieci volte superiore a quella di XENONnT, pensato per spingere la sensibilità fino ai limiti fisici imposti dai neutrini solari (il cosiddetto neutrino fog). È il tipo di progetto che richiede finanziamenti pluriennali, competenze specialistiche costruite in decenni e infrastrutture come i Laboratori del Gran Sasso, fra i migliori al mondo per la fisica del sotterraneo.
Nel frattempo cinque gruppi teorici hanno già pubblicato altrettanti articoli su arXiv per interpretare l'evento a 248 keV nell'ambito di modelli oltre il Modello Standard. È un fenomeno tipico ogni volta che un dato apre uno spiraglio, ma anche il segno che la fisica delle particelle è a un bivio: dopo dieci anni di risultati nulli sulle WIMP, un singolo evento anomalo basta a rimettere in moto un intero ecosistema. Chi lavora in Italia in altri campi lo sa: dallo studio del ribozima MTR1 reso 15 volte più veloce dai gruppi del CNR-IOM al monitoraggio delle piante alpine che scompaiono più in fretta dalle vette d'Europa, i risultati arrivano da collaborazioni pluriennali che richiedono infrastrutture stabili.
La prossima analisi di XENONnT, attesa con statistica maggiore, dirà se il segnale del Sud Dakota è l'inizio di una scoperta storica o l'ennesima fluttuazione di fondo. In entrambi i casi, il verdetto passerà da sotto il massiccio del Gran Sasso.
Domande frequenti
Cosa significa che il segnale LZ ha una significatività di 2,6 sigma?
Una significatività di 2,6 sigma indica che la probabilità che il segnale sia dovuto a una fluttuazione casuale del fondo è ancora troppo alta per parlare di scoperta. In fisica delle particelle, è necessario raggiungere almeno 5 sigma per poter affermare con certezza di aver osservato un nuovo fenomeno.
Qual è il ruolo dell'Italia nella ricerca sulla materia oscura descritta nell'articolo?
L'Italia ha un ruolo centrale grazie ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso e al rivelatore XENONnT, gemello di LZ. Diversi gruppi italiani hanno contribuito allo sviluppo delle tecnologie, alla purificazione dello xeno e alle simulazioni necessarie agli esperimenti.
Perché è importante una verifica indipendente del segnale LZ da parte di XENONnT?
La verifica indipendente è fondamentale per escludere errori o fluttuazioni statistiche e confermare che il segnale osservato sia reale. Se XENONnT dovesse osservare lo stesso effetto, la comunità scientifica avrebbe più elementi per considerare il segnale come una possibile scoperta.
Cosa si intende per progetto XLZD e quale sarà il suo contributo?
XLZD è il prossimo grande rivelatore che unisce le tecnologie di LZ e XENONnT, con una massa attiva dieci volte superiore. Questo progetto permetterà di aumentare drasticamente la sensibilità nella ricerca delle WIMP, avvicinandosi ai limiti imposti dai neutrini solari.
Quali sono i prossimi passi nella ricerca dopo l'evento osservato da LZ?
I prossimi passi includono l'analisi più approfondita dei dati di XENONnT per cercare conferme del segnale osservato da LZ. Inoltre, la collaborazione internazionale continua a sviluppare nuovi rivelatori e a interpretare l'evento nell'ambito di diversi modelli teorici.
Perché la scoperta di WIMP sarebbe così importante per la fisica?
La scoperta delle WIMP fornirebbe una risposta concreta alla natura della materia oscura, che costituisce l'85% della massa dell'universo. Questo rappresenterebbe un enorme passo avanti nella comprensione della composizione e dell'evoluzione dell'universo stesso.
