Caccia al bosone oscuro

I bosoni oscuri sono ipotetiche particelle portatrici di una forza molto debole. A differenza dei bosoni oggi noti alla fisica, come i fotoni che legano le molecole e i gluoni che tengono insieme i nuclei atomici

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Due esperimenti che cercano una bizzarra particella chiamata “bosone oscuro” hanno prodotto risposte contraddittorie. Queste particelle, grazie alla loro massa, in pratica impediscono alle galassie, compresa la nostra, di perdere la loro coesione finendo in pezzi. Un esperimento non ha prodotto evidenze, mentre il secondo offre uno spiraglio di possibilità sull’effettiva esistenza di questa particella.
I bosoni oscuri sono ipotetiche particelle portatrici di una forza molto debole. A differenza dei bosoni oggi noti alla fisica, come i fotoni che legano le molecole e i gluoni che tengono insieme i nuclei atomici, I bosoni oscuri influenzerebbero debolmente i loro immediati dintorni. Se queste particelle fossero reali, il loro contenuto energetico totale potrebbe essere responsabile della formazione della materia oscura, quella materia invisibile che fornisce la gravità extra necessaria per mantenere il nostro Universo composto da stelle e galassie cosi come lo osserviamo. I bosoni oscuri, data la loro debolissima influenza sono, tuttavia, molto difficili da osservare e i fisici cercano di capire quale esperimento potrebbe dare loro il modo di scoprirli.
I due studi, uno guidato da ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT), l’altro dall’Università di Aarhus in Danimarca, hanno cercato sottili differenze nel posizionamento di un elettrone in un isotopo mentre saltava tra i livelli di energia. L’oscillazione dell’elettrone potrebbe essere un segno rivelatore della spinta di un bosone oscuro.
Quel bosone, in teoria, sarebbe prodotto da un’interazione tra l’elettrone e i quark che compongono i neutroni nel nucleo dell’atomo. Il team guidato dal MIT ha utilizzato una manciata di isotopi di itterbio per il proprio esperimento, mentre il gruppo guidato dall’Università di Aarhus ha utilizzato il calcio.
Entrambi gli esperimenti hanno prodotto una serie di dati che hanno consentito di creare un grafico specifico per la misurazione questi tipi di movimenti negli isotopi. Mentre l’esperimento che utilizzava il calcio è andato come previsto, il grafico dell’itterbio mostrava una deviazione statisticamente significativa. Questo però non è un segnale dell’esistenza del bosone oscuro
Anche il motivo esatto per cui un esperimento potrebbe aver trovato qualcosa di strano e l’altro invece non ha trovato nulla deve essere spiegato. Ovviamente per capire e spiegare questa discrepanza serve un numero maggiore di dati. Siamo ancora lontani dal comprendere cosa compone un quarto della massa del nostro universo, ma questo tipo di esperimenti ci aiuteranno a porre le basi per fare luce sul mistero.
In futuro si potranno aggiungere nuove particelle al Modello Standard, cosa non esclusa dalla fisica anche se questo potrebbe essere un grosso problema. Lo scorso anno alcuni fisici avevano scoperto alcune particelle che compivano traiettorie particolari, suggerendo cosi l’esistenza di una forza fondamentale ancora sconosciuta. Allo stesso modo, un eccesso di eventi catturati nell’esperimento XENON1T ha portato a speculazioni su un ipotetico candidato alla materia oscura chiamato assione.
Per quanto interessanti siano questi risultati, le cose sono andate in tutt’altro modo. Nel 2016, si riteneva di aver individuato un tipo di candidato alla materia oscura chiamato bosone di Madala tra i dati raccolti dal Large Hadron Collider nella sua ricerca della particella di Higgs.
Questa particella potrebbe essere una versione oscura del bosone di Higgs, che conferisce alla materia oscura la sua forza senza rendersi evidente in nessun altro modo. Il CERN ha però posto fine a queste speculazioni. Questo tuttavia non significa che una particella del genere non esista, o che i segni non siano allettanti, ma solo che non possiamo confermarlo con un reale grado di sicurezza. Collisori più grandi, apparecchiature più sensibili e nuovi modi per cercare particelle così sfuggenti potrebbero un giorno darci le risposte che cerchiamo.
Questa ricerca è stata pubblicata su Physical Review Letters.

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