La materia oscura è una delle realtà più controverse che popolano il nostro Universo. Al giorno d’oggi non è possibile dire con esattezza di cosa sia essa composta. Possono solo essere elaborate teorie.
Ci sono pochi dubbi sull’esistenza della materia oscura, poiché senza di essa, ad esempio, sarebbe impossibile spiegare il moto delle galassie. Ma non è mai stato possibile rilevare la materia oscura in un esperimento.
Attualmente ci sono molte proposte per nuovi esperimenti: mirano a rilevare la materia oscura direttamente attraverso la sua diffusione dai costituenti dei nuclei atomici di un mezzo di rilevamento, cioè protoni e neutroni.
Materia oscura: il modello HYPER
Un team di ricercatori (Robert McGehee e Aaron Pierce dell’Università del Michigan e Gilly Elor dell’Università Johannes Gutenberg di Mainz in Germania) ha ora proposto un nuovo candidato per la materia oscura: HYPER una sigla che in italiano sta per “Reliquie di particelle altamente interattive“. Nel modello HYPER, qualche tempo dopo la formazione della materia oscura nell’universo primordiale, la forza della sua interazione con la materia normale, o barionica, aumenta bruscamente, il che da un lato la rende potenzialmente rilevabile oggi e allo stesso tempo può spiegare l’abbondanza di materia oscura.
Alla ricerca delle WIMPS
Poiché la ricerca di particelle di materia oscura pesante, o le cosiddette WIMPS, non ha ancora avuto alcun successo, la comunità dei ricercatori vorrebbe trovare delle particelle di materia oscura alternative, soprattutto più leggere. Allo stesso tempo, ci si aspetta delle transizioni di fase nel settore oscuro, dopotutto ce ne sono diverse nel settore visibile, dicono i ricercatori. Ma gli studi precedenti hanno avuto la tendenza a trascurare questi fenomeni.
Il punto di Elor
Gilly Elor è ricercatore post-dottorato in fisica teorica alla JGU. Lo studioso ha spiegato a Phys.org: “Non c’è stato un modello di materia oscura coerente per l’intervallo di massa a cui alcuni esperimenti pianificati sperano di accedere. Tuttavia, il nostro modello HYPER illustra che una transizione di fase può effettivamente aiutare a rendere la materia oscura più facilmente rilevabile”.
La sfida per un modello adatto
Se la materia oscura interagisse troppo fortemente con la materia normale, la sua quantità nell’universo primordiale sarebbe troppo piccola, contraddicendo le osservazioni astrofisiche. Tuttavia, se se ne fosse prodotta nella giusta quantità, l’interazione sarebbe al contrario troppo debole per rilevare la materia oscura negli esperimenti odierni. McGehee ha spiegato: “La nostra idea centrale, che è alla base del modello HYPER, è che ad un certo punto l’interazione sia cambiata bruscamente, così possiamo avere il meglio di entrambi i mondi: la giusta quantità di materia oscura e una grande interazione in modo da poterla rilevare”.
Ed è così che i ricercatori lo immaginano: nella fisica delle particelle, un’interazione è solitamente mediata da una particella specifica, un cosiddetto mediatore, e così è l’interazione della materia oscura con la materia normale. Sia la formazione della materia oscura che la sua funzione di rilevamento tramite questo mediatore, con la forza dell’interazione che dipende dalla sua massa: maggiore è la massa, più debole è l’interazione. Il mediatore deve prima essere abbastanza pesante da formare la quantità corretta di materia oscura e successivamente abbastanza leggero da rendere la materia oscura del tutto rilevabile.
Una possibile soluzione?
C’è stata una transizione di fase dopo la formazione della materia oscura, durante la quale la massa del mediatore è improvvisamente diminuita. Pierce ha specificato: “Così, da un lato, la quantità di materia oscura viene mantenuta costante e, dall’altro, l’interazione viene potenziata o rafforzata in modo tale che la materia oscura dovrebbe essere rilevabile direttamente”.
Elor ha spiegato: “Il modello HYPER della materia oscura è in grado di coprire quasi l’intera gamma che i nuovi esperimenti rendono accessibile”. Nello specifico, il team di ricerca ha inizialmente considerato la massima sezione d’urto dell’interazione mediata dal mediatore con i protoni ei neutroni di un nucleo atomico coerente con le osservazioni astrofisiche e alcuni decadimenti della fisica delle particelle.
Il passo successivo sarà considerare se esista un modello per la materia oscura che mostri questa interazione.
