L'esperimento ATOMKI ha osservato un'anomalia nella distribuzione angolare della produzione interna di coppie nella transizione 7Li(p,e+e-)8Be. Questa anomalia può essere interpretata come la presenza di un "fotone oscuro", mediatore di una eventuale quinta forza, relativa all'interazione delle particelle con particelle di materia oscura.
L'esperimento MEG II è stato costruito con lo scopo di osservare il decadimento raro del muone in un fotone e un positrone. Esso è quindi composto da un calorimetro a Xe liquido e uno spettrometro magnetico, rivelatori per fotone e positrone rispettivamente. Un acceleratore Cockroft Walton viene utilizzato per produrre fotoni per la calibrazione del calorimetro a Xe liquido.
Questo produce protoni con energia fino a un massimo di circa 1 MeV che vanno ad impattare su un bersaglio di ossido di Litio. Può essere dunque prodotto lo stato eccitato del Be studiato ad ATOMKI.
E' quindi possibile ripetere questa misura con più precisione a MEG II, utilizzando il Cockroft Walton e la camera a deriva dello spettrometro magnetico. Delle simulazioni preliminari mostrano come sia possibile confermare o escludere il risultato di ATOMKI in poche settimane di presa dati.
La mia attività di ricerca consiste nel preparare la misura del "fotone oscuro" con i detector di MEG II. Lavorerò allo sviluppo delle simulazioni dell'evento, in particolare la simulazione dell'interazione dei protoni prodotti dal Cockroft Walton e della geometria del bersaglio con il quale i protoni interagiscono.
Svilupperò la simulazione di efficienza e risoluzione con GEANT4, e la tenuta termo-meccanica del bersaglio con ANSYS. Parteciperò inoltre alla presa dati al Paul Scherrer Institut (Villigen, Svizzera) dove si trovano i detector dell'esperimento MEG II, in modo da seguire dal vivo lo sviluppo della misura, intervenendo sull'hardware o sul software se necessario. Successivamente lavorerò all'analisi dei dati presi.
La ricerca del "fotone oscuro" è di fondamentale importanza nel panorama della Fisica delle Particelle. Il Modello Standard, infatti, non riesce a spiegare diversi fenomeni osservati sperimentalmente. Per questo motivo si pensa che esso sia semplicemente un'approssimazione a bassa energia di una teoria più grande. Uno dei fenomeni che il Modello Standard non spiega è la presenza della cosiddetta materia oscura. Questa consisterebbe in un tipo di materia che non interagisce con le particelle conosciute attraverso nessuna delle quattro interazioni fondamentali. Ci sono diverse osservazioni sperimentali che portano a credere all'esistenza della materia oscura, ad esempio la velocità di rotazione delle galassie e l'effetto di lensing gravitazionale.
Molte teorie BSM (Beyond Standard Model, oltre il Modello Standard) sono state proposte negli anni, ma nessuna di esse ha avuto riscontri sperimentali. Confermare quindi l'esistenza di un eventuale mediatore della forza che agisce sulla materia oscura sarebbe un grande passo avanti nella comprensione del funzionamento dell'Universo.