DAMA/NaI

L’esperimento DAMA/NaI è un esperimento che è stato proposto, progettato e realizzato per investigare la presenza di particelle di materia oscura nell'alone galattico utilizzando la marcatura indipendente da modelli detta della modulazione annuale. Infatti, a seguito del suo moto di rivoluzione intorno al Sole, che, a sua volta, si muove nella Galassia, è atteso che la Terra sia attraversata da un flusso maggiore di particelle di materia oscura intorno circa al 2 giugno (quando la sua velocità si somma a quella del sistema solare nel riferimento della Galassia) e da un flusso minore intorno circa al 2 dicembre (quando le due velocità si sottraggono). La modulazione annuale è una marcatura molto distintiva perché l'effetto indotto da particelle di Materia Oscura deve soddisfare contemporaneamente molte peculiarità.

Descrizione

L'apparato sperimentale DAMA/NaI è stato installato in sotterraneo presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, in Italia.

L'apparato sperimentale era composto da nove cristalli scintillatori di Ioduro di Sodio drogato al Tallio (NaI(Tl)), di massa circa 9,70 kg ciascuno, altamente radiopuri. Ogni cristallo era accoppiato a due fotomoltiplicatori di basso fondo attraverso guide di luce. I rivelatori erano installati all'interno di una scatola di rame sigillata e flussata[non chiaro] con azoto iperpuro al fine di isolarli dall'aria che contiene il Radon, un gas radioattivo, in tracce. Per ridurre il fondo ambientale naturale, la scatola di rame era racchiusa all'interno di una schermatura passiva di molte tonnellate e a molti componenti: rame, piombo, polietilene/paraffina e fogli di cadmio; una scatola di plexiglas racchiudeva l'intera schermatura ed era mantenuta in atmosfera di azoto iperpuro. L'apparato sperimentale era, inoltre, quasi interamente circondato da circa 1 m di cemento.

L'apparato DAMA/NaI ha investigato la marcatura della modulazione annuale su 7 cicli annuali. La presenza di un'evidenza positiva indipendente da modelli nei dati di DAMA/NaI è stata riportata per la prima volta dalla collaborazione DAMA alla fine del 1997 e pubblicata all'inizio del 1998, confermata nel 1999 e 2000, ulteriormente confermata negli anni successivi e in modo conclusivo nel 2003, dopo la fine della presa dati avvenuta nel Luglio del 2002. Sono state anche eseguite varie investigazioni conseguenti; altre proseguono tuttora.

Tale evidenza indipendente da modelli è compatibile con un ampio insieme di scenari che riguardano la natura della particella candidata e i correlati modelli di astrofisica, di fisica nucleare. e di fisica delle particelle (come ad esempio ). Uno studio accurato e quantitativo di tutte le possibili sorgenti di sistematiche e di reazioni in concorrenza è stato regolarmente eseguito e pubblicato ad ogni rilascio dei dati. In più di dieci, non è stato trovato, o suggerito da altri, nessun effetto sistematico o reazione in concorrenza, capace di dare conto dell'ampiezza di modulazione osservata e di soddisfare contemporaneamente tutti i requisiti della marcatura.

L'esperimento ha anche ottenuto e pubblicato risultati su altri tipi di processi e/o approcci.

Note

  1. 1 2 R. Bernabei et al., Dark Matter search, in Rivista del Nuovo Cimento, vol. 26, n. 1, 2003, p. 1, Bibcode:2003NCimR..26a...1B, arXiv:astro-ph/0307403.
  2. ↑ R. Bernabei et al., Performances of the about 100 kg NaI(Tl) set-up of the DAMA experiment at Gran Sasso, in Rivista del Nuovo Cimento A, vol. 112, n. 6, 1999, p. 545.
  3. ↑ R. Bernabei et al., Searching for WIMPs by the annual modulation signature, in Physics Letters B, vol. 424, 1998, p. 195.
  4. ↑ R. Bernabei et al., On a further search for a yearly modulation of the rate in particle Dark Matter direct search, in Physics Letters B, vol. 450, 1999, p. 448.
  5. ↑ P. Belli et al., On a further search for a yearly modulation of the rate in particle Dark Matter direct search, in Physical Review D, vol. 61, 1999, p. 023512.
  6. ↑ R. Bernabei et al., Search for WIMP annual modulation signature: results from DAMArNaI-3 and DAMArNaI-4 and the global combined analysis, in Physics Letters B, vol. 480, 2000, p. 23.
  7. ↑ R. Bernabei et al., Investigating the DAMA annual modulation data in a mixed coupling framework, in Physics Letters B, vol. 509, 2001, p. 197.
  8. ↑ R. Bernabei et al., Investigating the DAMA annual modulation data in the framework of inelastic dark matter, in European Physical Journal C, vol. 23, 2002, p. 61.
  9. ↑ P. Belli et al., Effect of the galactic halo modeling on the DAMA-NaI annual modulation result: An extended analysis of the data for weakly interacting massive particles with a purely spin-independent coupling, in Physical Review D, vol. 66, 2002, p. 043503, arXiv:hep-ph/0203242.
  10. ↑ R. Bernabei et al., Dark Matter particles in the galactic halo: results and implications from DAMA/NaI, in International Journal of Modern Physics D, vol. 13, 2004, p. 2127, arXiv:astro-ph/0501412.
  11. ↑ R. Bernabei et al., Investigating pseudoscalar and scalar dark matter, in International Journal of Modern Physics A, vol. 21, n. 7, 2006, p. 1445, Bibcode:2006IJMPA..21.1445B, DOI:10.1142/S0217751X06030874, arXiv:astro-ph/0511262.
  12. ↑ R. Bernabei et al., Investigating halo substructures with annual modulation signature, in European Physical Journal C, vol. 47, 2004, p. 263, DOI:10.1140/epjc/s2006-02559-9, arXiv:astro-ph/0604303.
  13. ↑ R. Bernabei et al., On electromagnetic contributions in WIMP quests, in International Journal of Modern Physics A, vol. 22, n. 19, 2007, p. 3155, arXiv:0706.1421.
  14. ↑ R. Bernabei et al., Investigating electron interacting dark matter, in Physical Review D, vol. 77, 2008, p. 023506, DOI:10.1103/PhysRevD.77.023506, arXiv:0706.1421.
  15. ↑ R. Bernabei et al., Possible implications of the channeling effect in NaI(Tl) crystals, in European Physical Journal C, vol. 53, 2008, p. 205, DOI:10.1140/epjc/s10052-007-0479-0, arXiv:0710.0288.
  16. ↑ R. Bernabei et al., Investigation on light dark matter, in Modern Physics Letters A, vol. 23, n. 26, 2008, p. 2125, arXiv:0802.4336.
  17. ↑ A. Bottino et al., Light Relic Neutralinos, in Physical Review D, vol. 67, 2003, p. 063519, arXiv:hep-ph/0212379.
  18. ↑ A. Bottino et al., Lower Bound on the Neutralino Mass from New Data on CMB and Implications for Relic Neutralinos, in Physical Review D, vol. 68, 2003, p. 043506, arXiv:hep-ph/0304080.
  19. ↑ A. Bottino et al., Light Neutralinos and WIMP direct searches, in Physical Review D, vol. 69, 2004, p. 037302, arXiv:hep-ph/0307303.
  20. ↑ D.T. Smith, N. Weiner, The Status of Inelastic Dark Matter, in Physical Review D, vol. 72, n. 6, 2005, p. 063509, Bibcode:2005PhRvD..72f3509T, DOI:10.1103/PhysRevD.72.063509, arXiv:hep-ph/0402065.
  21. ↑ R. Foot, Reconciling the positive DAMA annual modulation signal with the negative results of the CDMS II experiment, in Modern Physics Letters A, vol. 19, n. 24, 2004, p. 1841, Bibcode:2004MPLA...19.1841F, DOI:10.1142/S0217732304015051, arXiv:astro-ph/0405362.
  22. ↑ S. Mitra, Has Dama Detected Self-Interacting Dark Matter?, in Physical Review D, vol. 71, n. 12, 2005, p. 121302, Bibcode:2005PhRvD..71l1302M, DOI:10.1103/PhysRevD.71.121302, arXiv:astro-ph/0409121.
  23. ↑ K.M. Belotsky, T. Damour, M. Yu. Khlopov, Implications of a solar-system population of massive 4th generation neutrinos for underground searches of monochromatic neutrino-annihilation signals, in Physics Letters B, vol. 529, 2002, p. 10, Bibcode:2002PhLB..529...10B, DOI:10.1016/S0370-2693(02)01234-0, arXiv:astro-ph/0201314.
  24. ↑ K. Belotsky, D. Fargion, M. Khlopov, R.V. Konoplich, May Heavy neutrinos solve underground and cosmic ray puzzles?, in Physics of Atomic Nuclei, vol. 71, 2008, p. 147, Bibcode:2008PAN....71..147B, DOI:10.1007/s11450-008-1016-9, arXiv:hep-ph/0411093.
  25. ↑ R. Bernabei et al., On the investigation of possible systematics in WIMP annual modulation search, in European Physical Journal C, vol. 18, 2000, p. 283, DOI:10.1007/s100520000540.

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