Materia oscura: nuovo esperimento per rilevarla

I ricercatori dell’Università di Nottingham hanno sviluppato un nuovo metodo utilizzando un sistema di vuoto stampato in 3D per rilevare la materia oscura e potenzialmente scoprire la natura dell’energia oscura. Questo sistema manipola la densità del gas e utilizza atomi di litio ultra-freddi per esplorare gli effetti dei campi scalari, con l’obiettivo di osservare le pareti di dominio, difetti formati durante le transizioni di fase nei campi scalari.

Alla ricerca della materia oscura e dell’energia oscura

Gli scienziati della School of Physics dell’Università di Nottingham hanno creato un sistema di vuoto stampato in 3D che utilizzeranno in un nuovo esperimento per ridurre la densità del gas, quindi aggiungere atomi di litio ultra-freddi per cercare di rilevare pareti scure. 

La professoressa Clare Burrage, della Scuola di Fisica dell’Università di Nottingham e autrice principale dello studio pubblicato sulla rivista Physical Review D, ha dichiarato: “La materia ordinaria che compone il nostro mondo rappresenta solo una piccola frazione, circa il 5%, del contenuto totale dell’universo. La restante parte è costituita da materia oscura ed energia oscura, la cui natura ci sfugge, pur potendone osservare gli effetti sul comportamento dell’universo. Uno dei metodi impiegati per la misurazione della stessa si basa sull’introduzione di una particella chiamata campo scalare.”

Burrage ha poi aggiunto: “La materia oscura è la massa mancante nelle galassie, l’energia oscura può spiegare l’accelerazione dell’espansione dell’universo. I campi scalari che stiamo cercando potrebbero essere sia materia oscura, sia energia oscura. Introducendo gli atomi ultra-freddi ed esaminando gli effetti che producono, potremmo essere in grado di spiegare perché l’espansione dell’universo sta accelerando e se questo ha effetti sulla Terra.”

I ricercatori hanno basato la costruzione dei vasi 3D sulla teoria secondo cui i campi scalari leggeri, con potenziali a doppio pozzo e accoppiamenti diretti di materia, subiscono transizioni di fase guidate dalla densità, portando alla formazione di pareti di dominio.

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Muri Oscuri: sonde quantistiche per svelare la materia oscura

La professoressa Burrage ha spiegato: “Al diminuire della densità si formano dei difetti, paragonabile al processo di congelamento dell’acqua. Le molecole d’acqua, inizialmente disposte in modo casuale, si organizzano in una struttura cristallina con un allineamento ordinato. Questo meccanismo, che crea delle linee di faglia, è simile a quanto avviene nei campi scalari quando la densità subisce un calo. Sebbene queste linee di faglia, o ‘muri scuri’, non siano visibili ad occhio nudo, possono influenzare la traiettoria delle particelle che le attraversano. La loro esistenza dimostrerebbe la validità della teoria dei campi scalari, indipendentemente dalla loro effettiva presenza”.

Per rilevare questi difetti o pareti scure, il team ha creato un vuoto appositamente progettato che utilizzerà in un nuovo esperimento che imiterà il passaggio da un ambiente denso a un ambiente meno denso. Utilizzando la nuova configurazione, raffredderanno gli atomi di litio con fotoni laser a -273, che è vicino allo zero assoluto, a questa temperatura assumono proprietà quantistiche che rendono l’analisi più precisa e prevedibile.

Un nuovo esperimento triennale per svelare la materia oscura

La Professoressa Lucia Hackermueller, associata presso la Scuola di Fisica e responsabile della progettazione dell’esperimento di laboratorio, ha affermato: “I contenitori stampati in 3D che fungono da camera a vuoto sono stati realizzati sulla base di calcoli teorici relativi ai ‘Muri Oscuri’. Questi calcoli hanno permesso di definire la forma, la struttura e la consistenza ideali per intrappolare la materia oscura. Per confermare la presenza dei Muri Oscuri, faremo attraversare da una nuvola di atomi freddi queste pareti, osservando la sua deviazione. Per raffreddare gli atomi, utilizzeremo fotoni laser che ne riducono l’energia”.

Il team ha impiegato tre anni per sviluppare il sistema e si aspetta di ottenere i risultati entro un anno.

La Dottoressa Hackermueller ha concluso: “Indipendentemente dall’esito della nostra ricerca sull’esistenza dei Muri Oscuri, questa rappresenta un’importante tappa avanti nella comprensione dell’energia oscura e della materia oscura. Il nostro lavoro ha dimostrato come un esperimento di laboratorio ben progettato possa essere utilizzato per misurare direttamente effetti rilevanti per l’Universo che altrimenti sfuggirebbero all’osservazione”.

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