Gli esperimenti di fisica delle astroparticelle studiano la radiazione, le particelle del cosmo e le onde gravitazionali con esperimenti che si trovano in laboratori di superficie, sotterranei, sottomarini, d’alta quota o nello spazio.
Ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso, il più grande laboratorio sotterraneo con esperimenti attivi al mondo, sono oggi operativi rivelatori d’avanguardia per lo studio della materia oscura, dei neutrini e di fenomeni rari che possono essere rivelati solo nelle condizioni di “silenzio cosmico” garantite dalla protezione della roccia. Gli esperimenti a caccia di candidati di materia oscura impiegano due tecnologie diverse e concorrenti: l’esperimento DarkSide sfrutta l’argon, mentre l’esperimento XENONnT impiega lo xenon. Entrambi sono dedicati alla ricerca diretta di ipotetiche particelle di materia oscura chiamate wimp. Una generazione di nuovi esperimenti, tra cui CUPID e LEGEND, studieranno invece il decadimento doppio beta senza neutrini, un fenomeno rarissimo che, se rivelato, implicherebbe che neutrino e antineutrino sono particelle di Majorana, cioè che particella e antiparticella coincidono. L’ambiente protetto dalla penetrazione dei raggi cosmici è inoltre favorevole a ricerche di carattere astrofisico, come lo studio dei neutrini solari e dei neutrini da supernova. I neutrini di alta energia vengono invece studiati in esperimenti sottomarini come la grande infrastruttura di ricerca KM3NeT, il cui nodo italiano si trova al largo della Sicilia.
La fisica astroparticellare ha poi trovato nuovi sbocchi in ambienti diversi, come lo spazio, dove i rivelatori satellitari hanno accesso diretto a raggi cosmici primari che sulla superficie terrestre sarebbero attenuati dall’atmosfera, con l’esperimento AMS, sulla Stazione Spaziale Internazionale. Tra le missioni spaziali, due telescopi stanno studiano l’universo: IXPE osserva e misura le sorgenti astrofisiche deboli, come le nubi della via lattea, mentre Euclid, che ha inviato le sue prime e spettacolari immagini nel novembre 2023, creerà la più grande mappa cosmica 3D mai realizzata. Inoltre, l’INFN è impegnato nei principali progetti internazionali per lo studio dei raggi gamma.
Infine, la comunità scientifica italiana svolge un ruolo d’avanguardia nella rivelazione delle onde gravitazionali, con lo sviluppo dei grandi rivelatori interferometrici, ed è impegnata sia nell’esperimento Virgo, l’interferometro che si trova presso l’osservatorio EGO in provincia di Pisa, sia nell’Einstein Telescope, il futuro osservatorio sotterraneo per onde gravitazionali che l’Italia è candidata a ospitare in Sardegna. La ricerca delle onde gravitazionali si conduce anche nello spazio con il progetto LISA.
