Un contributo innovativo nella ricerca della materia oscura potrebbe arrivare dallo sviluppo di dispositivi basati su proprietà quantistiche. Interessanti progressi in questo settore, nel quale è impegnato anche l’Infs, sono stati recentemente ottenuti nell’ambito delle attività promosse da SQMS (Superconducting Quantum Materials and Systems Center), il centro del Fermilab finanziato dal Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) e dedicato alla ricerca di nuove tecnologie per il quantum computing e il quantum sensing. Uno studio, pubblicato sulla rivista Physical Review Applied e guidato dall’Infn – unico partner non statunitense di SQMS – dimostra come le prestazioni degli aloscopi – sensori dedicati alla rivelazione di una particolare categoria di particelle candidate a costituire la materia oscura, gli assioni – possano essere incrementate grazie all’utilizzo di nuove tipologie di cavità risonanti nelle microonde con un’alta sensibilità.
Tra le sfide su cui gli scienziati si stanno concentrando per tentare di aumentare le probabilità di rivelare tracce di assioni c’è la ricerca di soluzioni per migliorare la sensibilità degli aloscopi connessa al parametro denominato ‘fattore di merito’, rendendoli capaci di esplorare frequenze più elevate di quelle sondate finora. A tal fine, la strategia adottata dai gruppi del Fermilab e dell’INFN che lavorano a SQMS è quella di puntare a incrementare l’efficienza del processo di conversione assione-fotone attraverso due approcci paralleli: da un lato l’adozione di materiali superconduttori e dall’altro lo sviluppo di risuonatori dielettrici.“La cavità risonante oggetto del nostro studio”, spiega Caterina Braggio, ricercatrice dell’Università di Padova associata alla sezione di Padova dell’INFN e corresponding author dell’articolo pubblicato su Physical Review Applied, “è stata realizzata inserendo due gusci di materiale dielettrico in una cavità cilindrica convenzionale in rame”.
