Che cosa stanno facendo gli scienziati per trovare la materia oscura?
Come trovare qualcosa che, per definizione, è nascosto alla vista? Di certo non si può osservare. A peggiorare le cose, le particelle WIMP sono così evanescenti da attraversare la maggior parte delle volte indisturbate la materia ordinaria — compreso qualsiasi rivelatore costruito per catturarne una. Per dare l’idea, la materia oscura è così abbondante che miliardi di particelle di materia oscura ti attraversano ogni secondo. Eppure, in media, solo una particella ogni cinque minuti interagisce con un atomo di materia ordinaria del tuo corpo. L’idea che le particelle di materia oscura di tanto in tanto si degnino dì interagire con la materia ordinaria è alla base dell’esperimento LUXU, condotto nelle profondità del Sud Dakota, negli Stati Uniti.
Gli scienziati hanno occupato una miniera d’oro abbandonata e sistemato un rivelatore di materia oscura a 1600 metri sotto la superficie del terreno. Consiste di 370 chilogrammi di xenon liquido protetti da 264 979 litri d’acqua ed è progettato per catturare le particelle WIMP che occasionalmente interagiscono con lo xenon. Se una WIMP rimbalza contro un atomo di xenon, l’atomo viene accelerato attraverso il liquido e causa un lampo che può essere rilevato dai banchi di macchine fotografiche super-sensibili disposti intorno. Gli scienziati potrebbero rilevare le particelle di materia oscura anche quando interagiscono tra loro in un processo chiamato annichilazione. Quando si verifica, si pensa che produca una cascata di particelle ‘normali’, che dovremmo osservare. Un esperimento simile è AMS-02 (Alpha Magnetic Spectrometer), a bordo della Stazione Spaziale Internazionale.
È a caccia della prova di un frammento atomico che provenga dalla annichilazione di WIMP vicino al centro galattico. Anche il Sole può essere d’aiuto. In quanto oggetto più grande del Sistema solare agisce come un gigantesco aspirapolvere cosmico che aspira le particelle di materia oscura in cammino attraverso la galassia. Alcune di queste particelle dovrebbero annichilarsi nel Sole, producendo una raffica di particelle ordinarie. Sfortunatamente, il Sole è così denso che la maggior parte di queste particelle figlie rimarranno intrappolate all’interno. Ci sono però particelle i neutrini — che possono sfuggire e viaggiare nello spazio fino a noi.
Esperimenti come IceCube, in Antartide, sono pensati per raccogliere questi segnali rivelatori. Infine c’è LHC, il Large Hadron Collider. Il 5 maggio 2015 gli esperimenti sono ripresi con gli scontri tra protoni dopo i due anni di sosta serviti a incrementare la potenza dell’acceleratore. Si spera che facendo scontrare particelle con la più grande energia di sempre, la natura inizi a rivelare qualche nuovo segreto sul suo funzionamento intimo. Forse potremo anche intravedere una prova della supersimmetria, la teoria che supera il Modello standard ed è coerente con la spiegazione della materia oscura basata sulle WIMP. Se però LHC non troverà prove per la supersimmetria potrà dare il via alla corsa per risposte alternative al perché nell’universo sia così tanta la massa `mancante’.
La materia oscura potrebbe essere qualcosa d’altro?
Finora abbiamo assunto che la materia oscura è tangibile, qualcosa che esiste davvero. Ma se non fosse così? Se fosse un fantasma — un segno del fatto che non capiamo bene la forza di gravità? È quello che propongono i sostenitori di una teoria chiamata MOND (Modyied Newtonian Dynantics, ‘dinamica newtoniana modificata’). Come dicevamo, una delle prime ragioni per cui fu introdotta la materia oscura è spiegare perché le stelle nella Via Lattea non sono più lente se si trovano più lontane dal centro galattico, a differenza dei pianeti del Sistema solare. Ma se ci fosse una regola per la gravità su piccole scale (come un sistema stellare) e un’altra su grandi scale (come una galassia)? La legge di Newton ci permette di inviare persone sulla Luna o sonde verso i pianeti, ma estenderla a regioni remote dell’universo potrebbe non funzionare e ciò spiegherebbe perché siamo disorientati dallo strano moto di certe stelle.
L’idea fu proposta per la prima volta dal fisico israeliano Mordehai Milgrom nel 1983. Milgrom suggerì che la forza di gravità potrebbe aumentare quando le accelerazioni sono piccole (come ai confini di una galassia a spirale). L’idea può spiegare alcuni dettagli su come funzionano le galassie in modi in cui la teoria della materia oscura non è in grado di fare. Tuttavia non ci sono al momento ragioni per sospettare che la gravità si comporti in modo diverso a scale diverse e la teoria di MOND fatica a spiegare perchè le galassie si ammassino nel modo che osserviamo. Un’ultima critica riguarda il fatto che quella di Newton oggi non è la migliore teoria gravitazionale che abbiamo – il riconoscimento va ora alla teoria della relatività generale di Einstein. Per questo motivo ancora oggi il lavoro di molti scienziati si concentra su come rendere le teorie Mond ‘Relativistiche’.
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