Ricerche di materia oscura nell'esperimento PADME.

Le ricerche di materia oscura sono oggigiorno una parte integrante del programma scientifico di molti esperimenti di fisica delle particelle agli acceleratori. Questo nuovo approccio alla ricerca di segnali di particelle non barioniche, che rappresentano la componente più abbondante dell'universo, non ha ancora prodotto alcuna evidenza, ma ha contribuito a fissare limiti più stringenti alle caratteristiche della materia oscura. L'esperimento PADME (Positron Annihilation into Dark Matter Experiment), in corso presso i Laboratori Nazionali di Frascati dell'INFN, si inserisce in questo contesto. Studiando lo spettro di annichilazioni di positroni con gli elettroni di un bersaglio fisso, indaga la possibilità che esistano particelle debolmente accoppiate con la materia ordinaria che possano spiegare le osservazioni cosmologiche: fotone oscuro ($A^{\prime}$), ALPs (Axion-Like Particles), dark Higgs, bosoni protofobici ($i.e.$, X17). PADME raggiungerà una sensibilità $\sim 10^{-6}$ nella misura di $\varepsilon^{2}$, il coefficiente accoppiamento cinematico tra fotone ordinario e fotone scuro (per masse $mA^{\prime}<$ 23.7 ${MeV}$) e potrebbe chiarire, con una misura dedicata, l'esistenza della ipotetica particella X17 rivelata dal gruppo ungherese di Debrecen. Al fine di dimostrare le capacità del rivelatore PADME, la sezione d'urto del processo $e^{+} e^{-}\rightarrow \gamma\gamma è$ stata misurata con precisione a $\surd{s}=21 {MeV}$ utilizzando un set di dati raccolto nel 2020. Il risultato di questo studio è in accordo con le previsioni del Modello Standard Next-to-Leading-Order e fissa dei limiti all'esistenza di particelle nascoste che decadono in coppie di fotoni.