Alla ricerca della materia oscura con la radio più sensibile al mondo

 

Stanno per essere allestiti tre esperimenti che capteranno ed amplificheranno i segnali prodotti da particelle ancora sconosciute che si pensa siano i costituenti della misteriosa materia “mancante” dell’universo.

 

 

Se si contano tutte le stelle della nostra galassia e si applica la legge di gravitazione di Newton dovrebbe risultare evidente che il moto degli astri intorno al centro galattico è pressoché identico a quello dei pianeti intorno al Sole.

E invece non è così: astronomi si sono presi la briga di stimare la quantità di stelle della Via Lattea e hanno scoperto che il loro moto è diverso da quello che ci si aspetterebbe.

Come se ci fossero altre stelle “nascoste” che con la loro massa influenzano la loro velocità mentre ruotano attorno al cuore della galassia.

La cosa non è sorprendente: già nel 1933 l’astronomo Fritz Zwicky, osservando il moto di ammassi di galassie lontane, si accorse che queste erano attratte l’un l’altra con una forza molto maggiore di quella che la loro massa visibile indicava.

Insomma, c’è qualcosa che non vediamo che agisce su stelle e galassie e di cui percepiamo solo l’effetto risultante sui loro moti.

Questa entità fu chiamata materia oscura, proprio perché è invisibile a qualsiasi osservazione. Sarebbe però più corretto chiamarla materia “trasparente”, dato che lascia passare la luce e le onde elettromagnetiche senza oscurare la visuale di ciò che si osserva nel cosmo.

Ma di cosa è fatta la materia oscura? 

Nel corso dei decenni ci sono stati molti candidati per la materia oscura, come particelle massicce debolmente interagenti (WIMP), neutrini e buchi neri primordiali.

Candidati come le WIMP sono stati originariamente teorizzati perché hanno proprietà che affrontano problemi in altre parti della fisica. Un altro candidato che potrebbe rispondere ad alcune spinose domande di fisica è chiamato assione.

Gli assioni furono originariamente teorizzati come soluzione a una questione di fisica delle particelle nota come Problema della CP Forte, ma i fisici si resero anche conto che gli assioni potevano essere prodotti in un modo che avrebbe soddisfatto i requisiti per essere materia oscura.

Queste sono le particelle che gli esperimenti DMRadio, sviluppati all’Università di Stanford, cercano.

Quando troviamo nuove teorie nella fisica delle particelle, cerchiamo di risolvere i problemi esistenti senza crearne di nuovi. Nel caso degli assioni risolviamo il problema del CP forte, mentre ci assicuriamo che le nostre teorie obbediscano alla relatività ristretta, al modello standard e ad altri fatti consolidati in fisica.

Ci si aspetta che i nuovi modelli nella fisica delle particelle interagiscano con i nostri modelli consolidati in ogni modo possibile, purché tali interazioni non rompano la nostra teoria originale.

Per gli assioni questo significa che mentre possono risolvere il problema CP forte possono anche fare altre cose, che potrebbero rendere più facile rilevarli: vale a dire, quando si imbattono in un campo magnetico nello spazio, a volte possono interagire con esso per produrre un campo elettrico.

Quando si verifica questo processo, possiamo effettivamente pensare al campo elettrico che l’assione sta producendo come qualcosa che assomiglia a una corrente che oscilla a una certa frequenza.

Poiché, naturalmente, la materia oscura interagisce così debolmente con tutto ciò che sappiamo, questa corrente dovrebbe essere molto, molto piccola; circa 10¹⁶ volte più piccola di quella che si otterrebbe in una tipica lampadina.

Quindi, come possiamo effettivamente cercare di misurare questa corrente?

La risposta è la creazione di dispositivi che risuonerebbero se questa corrente fosse al loro interno. Ad esempio, se pizzica una corda tesa, oscillerà; Ma se quella corda è su una chitarra, questa risuonerà e renderà quel suono molto più forte.

Allo stesso modo si costruiscono i risonatori, che in molti modi assomigliano a circuiti, e questi rendono il segnale (elettromagnetico) molto più forte.