Studio dei neutroni indotti da muone nell'esperimento XENONnT

Sono numerose le evidenze sperimentali astronomiche e cosmologiche che portano a ipotizzare l’esistenza della Materia Oscura. La rivelazione di tale materia risulta però particolarmente complicata a causa della sua capacità di interagire soltanto gravitazionalmente e debolmente. I candidati più promettenti che possono spiegare la natura della materia oscura si trovano nelle teorie oltre il Modello Standard; tra esse figurano le WIMP (Weakly Interacting Massive Particles). Per rivelare direttamente le interazioni tra la materia oscura e quella ordinaria, caratterizzate da sezioni d'urto molto piccole, si utilizzano rivelatori ad alta sensibilità, costruiti quindi con materiali ultra-puri e posizionati sottoterra. Il progetto XENON, situato in Italia presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso (LNGS), è finalizzato a rivelare direttamente la presenza delle WIMP attraverso i segnali di luce e carica prodotti dal loro scattering con nuclei bersaglio. L’elevata sensibilità dei risultati ottenuti dall'attuale rivelatore XENONnT è dovuta soprattutto alla riduzione del rumore di fondo. Essa è stata raggiunta anche grazie all'utilizzo di due sistemi di veto: il Muon Veto (MV), che riduce il background dovuto ai muoni cosmici, e il Neutron Veto (NV), che rivela invece i segnali dovuti ai neutroni. Nell'ambito dell'analisi del rumore di fondo è stato studiato il numero di neutroni generati dai possibili muoni rivelati dall'esperimento. I risultati ottenuti sono: $n = (0.0135 \pm 0.0002) per i muoni registrati da almeno uno dei due rivelatori (MV e NV) e $n = (0.077 \pm 0.001)$ per i muoni osservati sia dal MV, che soprattutto dal NV. Per quanto riguarda invece i muoni rivelati solo dal MV che non attraversano il NV è ipotizzabile che i neutroni da essi prodotti non siano rivelati dal NV poiché termalizzati e catturati già nel MV.