Nonostante l'esistenza della materia oscura sia oggi confermata da numerose osservazioni astrofisiche, che indicano come essa costituisca circa l'85% della massa complessiva dell'Universo, la natura microscopica di questa nuova forma di materia è ancora completamente incognita. L'indagine sperimentale delle possibili nuove particelle e delle relative interazioni rappresenta uno dei temi più ampi e centrali della fisica contemporanea.
In questo campo, l'ipotesi della “materia oscura leggera” assume che la materia oscura sia costituita da particelle di massa simile o inferiore a quella del protone, e che interagisca con la materia ordinaria tramite una nuova forza.
L'esperimento NA64 presso il CERN investiga sperimentalmente l'esistenza della materia oscura leggera tramite una misura di “energia mancante”. Un fascio di elettroni di alta energia viene fatto collidere su un bersaglio spesso attivo (un calorimetro elettromagnetico), che permette la misura dell'energia depositata da ciascuna particella incidente evento per evento. L'eventuale produzione di particelle di materia oscura leggera dovuta all'interazione degli elettroni incidenti con il materiale del bersaglio darebbe luogo ad eventi caratterizzati da un'elevata “energia mancante”, definita come la differenza tra l'energia nominale del fascio e quella misurata.
Ad oggi NA64 ha già accumulato circa 1E12 elettroni sul bersaglio, senza osservare alcun evento di segnale. Questa misura ha permesso di escludere l'esistenza della materia oscura leggera in una ampia porzione dello spazio dei parametri (massa ed accoppiamento). L'obiettivo finale dell'esperimento, per il periodo post-CERN LS3 (2030-2035) è di completare l'indagine sperimentale, esplorando lo spazio dei parametri fino ai valori di accoppiamento predetti da modelli cosmologici.
Il gruppo di Genova ha un ruolo di primo piano nell'esperimento, con ruoli di responsabilità nella costruzione e messa in operazione del detector e nella analisi. Inoltre, a partire dal 2022 il gruppo ha promosso una nuova linea di ricerca basata sull'uso di un fascio di positroni, per sfruttare un meccanismo di produzione basato sulla annichilazione risonante di queste particelle con gli elettroni atomici del bersaglio.
L'esperimento NA64 è cofinanziato in Italia dall'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.
