Gli scienziati dell’LHC vedono un gateway per il “mondo oscuro”

“È del tutto plausibile che possano esistere più forme di materia ed energia che non abbiamo ancora scoperto“, ha detto al Daily Galaxy il cosmologo e fisico delle particelle Dan Hooper, riferendosi alla possibilità che le particelle oscure possano accoppiarsi con il bosone di Higgs creando un portale al settore oscuro dell’Universo.

“Se ci sono interazioni anche molto deboli tra le particelle conosciute e quelle che non abbiamo ancora scoperto, potremmo sperare di vedere le particelle conosciute occasionalmente scomparire ed essere sostituite da particelle nascoste invisibili”.

“Sappiamo per certo che c’è un mondo oscuro, e c’è più energia in esso di quanta ce ne sia nel nostro. È possibile che l’Higgs possa effettivamente decadere in queste particelle oscure di lunga durata“, ha detto LianTao Wang  fisico dell’Università di Chicago (UChicago).

The Higgs Gateway – Portale per l’Universo Oscuro

“Una possibilità particolarmente interessante è che queste particelle oscure di lunga durata siano in qualche modo accoppiate al bosone di Higgs, che l’Higgs sia in realtà un portale per il mondo oscuro“, ha detto Wang, riferendosi all’ultima particella scoperta presso l’acceleratore di particelle Large Hadron Collider (LHC) al CERN nel 2012.

Ora che hanno identificato il bosone di Higgs, gli scienziati del Large Hadron Collider hanno messo gli occhi su un obiettivo ancora più sfuggente. Un nuovo documento delinea un metodo per rilevare direttamente le particelle dal “mondo oscuro” utilizzando l’LHC. Finora siamo stati in grado di effettuare solo misurazioni e simulazioni indirette, come la visualizzazione della materia oscura.

Wang, che studia come trovare segnali in grandi acceleratori di particelle, insieme agli scienziati di UChicago e del Fermilab affiliato a UChicago, pensa di poterci guidare sulle sue tracce; in un articolo pubblicato su Physical Review Letters, ha presentato un metodo innovativo per inseguire la materia oscura nell’LHC sfruttando la velocità leggermente inferiore di una potenziale particella.

Mondo Oscuro – 95 percento dell’Universo

Mentre il mondo oscuro costituisce oltre il 95% dell’universo, gli scienziati sanno che esiste solo dai suoi effetti, come un poltergeist che puoi vedere solo quando spinge qualcosa da uno scaffale. Ad esempio, sappiamo che c’è materia oscura perché possiamo vedere la sua interazione gravitazionale nelle galassie.

I teorici pensano che ci sia un particolare tipo di particella oscura che interagisce solo occasionalmente con la materia normale. Sarebbe più pesante e più longeva di altre particelle conosciute, con una durata fino a un decimo di secondo. Alcune volte in un decennio, secondo i ricercatori, questa particella può rimanere coinvolta nelle collisioni di protoni che LHC crea e misura costantemente.

L’unico problema è separare questi eventi dal resto; avvengono più di un miliardo di collisioni al secondo lungo l’anello di 27 chilometri dell’LHC, e ognuna di queste invia pula subatomica in tutte le direzioni.

Wang, il borsista postdottorato di Chicago Jia Liu e lo scienziato del Fermilab Zhen Liu (ora all’Università del Maryland) hanno proposto un nuovo modo di cercare sfruttando un aspetto particolare di tale particella oscura. “Se è così pesante, la produzione richiede energia, quindi la sua velocità non dovrebbe essere grande: si muoverebbe più lentamente della velocità della luce“, ha detto Liu, il primo autore dello studio.

Particelle scure: si muovono più lentamente della velocità della luce

Quel ritardo la distinguerebbe da tutto il resto delle particelle normali. Gli scienziati dovrebbero solo modificare il sistema per cercare le particelle che vengono prodotte e poi decadono un po’ più lentamente di qualsiasi altra cosa.

La differenza è dell’ordine di un nanosecondo, un miliardesimo di secondo, o meno. Ma l’LHC ha già rivelatori abbastanza sofisticati da cogliere questa differenza; un recente studio che utilizza i dati raccolti dall’ultima esecuzione ha rilevato che il metodo dovrebbe funzionare, inoltre i rilevatori diventeranno ancora più sensibili come parte dell’aggiornamento attualmente in corso.

“Prevediamo che questo metodo aumenterà la nostra sensibilità alle particelle scure di lunga durata di oltre un ordine di grandezza, utilizzando le capacità che già abbiamo“, ha detto Liu.

Gli sperimentali stanno già lavorando per costruire la trappola con LHC che sarà riattivato alla fine di settembre 2021, dopo aver aumentato la sua luminosità di dieci volte, tutti e tre i principali rivelatori implementeranno il nuovo sistema, hanno affermato gli scienziati. “Pensiamo che abbia un grande potenziale di scoperta“, ha detto Liu.

“Attraverso nuove idee che utilizzano informazioni temporali di precisione e impronte fini nella calorimetria al CERN LHC“, ha detto Zhen Liu, “possiamo ampliare significativamente la nostra conoscenza dei decadimenti di Higgs in particelle di lunga durata”.

Gli sforzi globali nella prossima generazione di fabbriche Higgs saranno completamente orientati all’esplorazione di queste intriganti possibilità incentrate sul gateway di Higgs. Queste fabbriche Higgs includeranno l’International Linear Collider (ILC) in esame in Giappone e il Compact Linear Collider (CLIC) al CERN, mentre gli altri due sono circolari: il Future Circular Collider (FCC-ee) al CERN e il Circular Electron Positron Collider (CEPC) in Cina.

“Se la particella è lì, dobbiamo solo trovare un modo per estrarla“, ha detto Wang. “Di solito, la chiave è trovare la domanda giusta da porre“.