Si pensa che la materia oscura sia ciò che compone poco più di un quarto del nostro universo, con la maggior parte del resto costituita da un’energia oscura ancora più misteriosa. Non può essere vista direttamente, ma la presenza della materia oscura può essere rilevata perché la sua gravità determina la forma di galassie lontane e altre cose.
Molti fisici credono che la materia oscura sia costituita da alcune particelle ancora da scoprire. “Non sappiamo ancora cosa sia la materia oscura“, ha detto John Terning, professore di fisica alla UC Davis e coautore dello studio. “Il candidato principale per molto tempo è stato il WIMP, ma sembra che sia quasi del tutto escluso.”
Un’alternativa al modello WIMP per la materia oscura richiede una forma di “elettromagnetismo oscuro” che includa “fotoni scuri” e altre particelle. I fotoni scuri avrebbero una debole interazione con i fotoni “normali“.
Nel loro nuovo articolo, Terning e Christopher Verhaaren aggiungono una svolta a questa idea: un “monopolo” magnetico scuro che interagirebbe con il fotone scuro.
Nel mondo macroscopico, i magneti hanno sempre due poli, nord e sud. Un monopolo è una particella che agisce come l’estremità di un magnete. I monopoli sono previsti dalla teoria quantistica, ma non sono mai stati osservati sperimentalmente. Gli scienziati suggeriscono che i monopoli oscuri interagirebbero con i fotoni scuri e gli elettroni scuri nello stesso modo in cui la teoria prevede che elettroni e fotoni interagiscano con i monopoli.
Un nuovo modo di rilevare la materia oscura
Questa ipotesi implica un modo per rilevare queste particelle oscure. Il fisico Paul Dirac predisse che un elettrone che si muove in un cerchio vicino a un monopolo avrebbe rilevato un cambiamento di fase nella sua funzione d’onda. Poiché gli elettroni esistono sia come particelle che come onde nella teoria dei quanti , lo stesso elettrone potrebbe passare su entrambi i lati del monopolo e di conseguenza essere leggermente fuori fase dall’altro lato.
Questo schema di interferenza, chiamato effetto Aharonov-Bohm, significa che un elettrone che passa attorno a un campo magnetico ne viene influenzato, anche se non passa attraverso il campo stesso.
Terning e Verhaaren sostengono che dovrebbe essere possibile rilevare un monopolo scuro a causa del modo in cui sposta la fase degli elettroni mentre passano.
“Questa idea propone un nuovo tipo di materia oscura, ma viene proposta con un nuovo modo di cercarla“, ha detto Terning.
I raggi di elettroni sono relativamente facili da ottenere: negli anni ’60 vennero usati i microscopi elettronici per dimostrare l’effetto di Aharonov-Bohm, e la tecnologia del fascio di elettroni è migliorata col passare del tempo. Teoricamente, le particelle di materia oscura ci attraversano continuamente. Per essere rilevabili nel modello di Terning e Verhaaren, i monopoli dovrebbero essere eccitati dal Sole. Questo significa che impiegherebbero circa un mese per raggiungere la Terra, viaggiando a circa un millesimo della velocità della luce.
D’altra parte, lo sfasamento previsto è estremamente piccolo, più piccolo di quello necessario per rilevare le onde gravitazionali. A questo proposito, Terning ha notato che quando l’esperimento LIGO per il rilevamento delle onde gravitazionali fu proposto per la prima volta, la tecnologia per farlo funzionare non esisteva e fu sviluppata nel tempo.
