Materia oscura: uno dei misteri più grandi dell’Universo

La materia oscura è forse uno dei misteri più grandi dell’Universo. In Cina, dozzine dei fisici più talentuosi provenienti da  tutto il mondo si sono riuniti per studiare il fenomeno.

Il lavoro dei ricercatori

Da quando è stato inaugurato nel 2010, il China Jinping Underground Laboratory (CJUL) ha stabilito record per essere il più grande luogo terrestre per il rilevamento della materia oscura, sebbene sia diventato operativo solo nel dicembre 2023.

Nella ricerca di qualcosa che potrebbe anche non esistere, come appunto la materia oscura, mette alla prova il lavoro dei fisici e dei cosmologi di tutto il mondo. Si tratta di un’anomalia evidente del nostro Universo. A confermarlo è stato il ricercatore Yeongduk Kim. Nonostante le numerose segnalazioni di rilevamento emerse in tutto il mondo negli ultimi decenni, la maggior parte si sono rivelate essere un falso segnale.

Kim, che è alla ricerca della materia oscura da oltre 30 anni, è consapevole che sia del tutto possibile che lui e i suoi colleghi ricercatori non avranno nulla da mostrare in tutti i loro anni di lavoro. Indipendentemente da questo, gli scienziati sembrano impassibili: semmai, proprio quell’incertezza sembra essere la benzina che innesca una corsa per scoprire l’identità di tale materia.

Questo perché tutti i soggetti coinvolti concordano su una cosa: non importa cosa finirà per essere la materia oscura, la semplice conferma della sua esistenza riscriverà le regole dell’Universo come lo conosciamo. Ad esempio, l’abbondanza di tale elemento nel nostro Universo potrebbe essere teoricamente utilizzata come fonte di energia gratuita e illimitata.

Alimentata da generatori idroelettrici, la ricerca sulla materia oscura del CJPL consiste in due progetti di ricerca: Particle and Astrophysical Xenon Experiments (PandaX) e China Dark Matter Experiment (CDEX), due grandi serbatoi di xeno e germanio, rispettivamente, custoditi in completo isolamento dal resto del mondo. Sia PandaX che CDEX hanno utilizzato dei metodi per il “rilevamento diretto” della materia oscura. In particolare, stanno cercando particelle massicce che interagiscono debolmente, conosciute come WIMP. Si tratta di un ipotetico tipo di particella subatomica, pesante e lenta che interagisce a malapena con la materia ordinaria.

Come sarebbe nata la materia oscura?

La materia oscura è una componente fondamentale dell’Universo, ma la sua origine e natura restano due dei grandi misteri della cosmologia moderna. Diverse teorie e modelli sono stati proposti per spiegare la nascita della materia oscura, e queste idee spaziano dalle particelle subatomiche a fenomeni cosmologici su larga scala. 

La teoria delle stringhe offre un quadro teorico in cui particelle come le WIMP possono emergere naturalmente. Tale tesi prevede l’esistenza di dimensioni extra e nuovi tipi di particelle. Alcune di queste potrebbero avere le proprietà della materia oscura. Le predizioni di tale ipotesi sono tuttavia difficili da testare direttamente a causa delle energie estremamente alte coinvolte.

I buchi neri primordiali, tuttavia, potrebbero essere formati nell’Universo primordiale e potrebbero costituire una frazione significativa della materia oscura. È stato ipotizzato che durante le prime fasi dell’Universo, fluttuazioni di densità potrebbero aver portato alla formazione di buchi neri di massa variabile. Le osservazioni delle onde gravitazionali da LIGO/Virgo hanno riacceso l’interesse per i buchi neri primordiali. È importante precisare come sia tuttavia difficile distinguere tra buchi neri primordiali e quelli formati da stelle evolute.

Conclusioni

La comprensione della materia oscura è ancora in evoluzione, nessuna particella o fenomeno ha ancora fornito una prova definitiva. La ricerca continua su più fronti, dagli esperimenti di rilevazione diretta e indiretta ai modelli teorici avanzati.

In sintesi, la nascita della materia oscura potrebbe essere spiegata da una combinazione di nuove particelle e fenomeni cosmologici. Lo studio continua e future scoperte potrebbero finalmente risolvere uno dei più grandi enigmi dell’Universo.