Potremmo aver già scoperto la materia oscura?
Questa è la domanda posta in un nuovo articolo pubblicato il 12 febbraio nel Journal of Physics G. Gli autori hanno sottolineato come la materia oscura potrebbe essere fatta di una particella nota come hexaquark d * (2380), che è stata probabilmente rilevata nel 2014.
La materia oscura, che esercita un'attrazione gravitazionale ma non emette luce, non è qualcosa che nessuno abbia mai toccato o visto. Non sappiamo di cosa sia fatto, e innumerevoli ricerche per le cose sono finite vuote. Ma la stragrande maggioranza dei fisici è convinta che esista. Le prove sono intonacate in tutto l'universo: ammassi di stelle che ruotano molto più velocemente di quanto dovrebbero altrimenti, misteriose distorsioni di luce attraverso il cielo notturno e persino buchi praticati nella nostra galassia da un dispositivo di simulazione invisibile indicano che qualcosa è là fuori - che costituisce la maggior parte della massa dell'universo - che ancora non capiamo.
Le teorie più ampiamente studiate della materia oscura coinvolgono intere classi di particelle mai viste prima al di fuori del Modello Standard di fisica, la teoria dominante che descrive le particelle subatomiche. La maggior parte di questi rientra in una delle due categorie: gli assioni leggeri e i WIMP pesanti, o particelle voluminose che interagiscono debolmente. Esistono altre teorie più esotiche che coinvolgono specie di neutrini non ancora scoperte o una classe teorica di microscopici buchi neri. Ma raramente qualcuno propone che la materia oscura sia fatta di qualcosa che già sappiamo esiste.
Mikhail Bashkanov e Daniel Watts, fisici dell'Università di York, in Inghilterra, hanno rotto quella muffa, sostenendo che il d * (2380) hexaquark, o "d-star", potrebbe spiegare tutta la questione mancante.
I quark sono particelle fisiche fondamentali nel modello standard. Tre di essi legati insieme (usando particelle note come gluoni) possono formare un protone o un neutrone, i mattoni degli atomi. Disporli in altri modi e otterrai particelle diverse, più esotiche. La d-star è una particella a sei quark caricata positivamente che i ricercatori credono esistessero per una scheggia di secondo durante un esperimento del 2014 presso il Centro di ricerca tedesco Jülich. Poiché era così fugace, il rilevamento della d-star non è stato assolutamente confermato.
Le singole stelle d non potevano spiegare la materia oscura perché non durano abbastanza a lungo prima di decadere. Tuttavia, Bashkanov ha detto a Live Science, all'inizio della storia dell'universo, che le particelle avrebbero potuto raggrupparsi in un modo che avrebbe impedito loro di decadere.
Quello scenario si verifica con i neutroni. Estrai un neutrone da un nucleo, che decade molto rapidamente, ma mescolalo con altri neutroni e protoni all'interno del nucleo e diventa stabile, ha detto Bashkanov.
"Gli esaquark si comportano esattamente allo stesso modo", ha detto Bashkanov.
Bashkanov e Watts hanno teorizzato che gruppi di d-stelle potrebbero formare sostanze note come condensati di Bose-Einstein o BEC. Negli esperimenti quantistici, i BEC si formano quando le temperature scendono così basse che gli atomi iniziano a sovrapporsi e fondersi insieme, un po 'come i protoni e i neutroni all'interno degli atomi. È uno stato della materia distinto dalla materia solida.
All'inizio della storia dell'universo, quei BEC avrebbero catturato elettroni liberi, formando un materiale caricato in modo neutro. Una B-star di carica neutrale BEC, scrivevano i fisici, si sarebbe comportata in modo molto simile alla materia oscura: invisibile, scivolando attraverso la materia luminosa senza urtarla in modo evidente, esercitando tuttavia una significativa attrazione gravitazionale sull'universo circostante.
La ragione per cui non cadi su una sedia quando ti siedi su di essa è che gli elettroni della sedia spingono contro gli elettroni della tua parte posteriore, creando una barriera di cariche elettriche negative che si rifiutano di attraversare i percorsi. Nelle giuste condizioni, disse Bashkanov, i BEC fatti di hexaquark con elettroni intrappolati non avrebbero avuto tali barriere, scivolando attraverso altri tipi di materia come fantasmi perfettamente neutri.
Questi BEC potrebbero essersi formati poco dopo il Big Bang, poiché lo spazio è passato da un mare di plasma di quark-gluon caldo senza particelle atomiche distinte nella nostra era moderna con particelle come protoni, neutroni e loro cugini. Nel momento in cui si formarono quelle particelle atomiche di base, le condizioni erano perfette affinché i BEC hexaquark precipitassero dal plasma quark-gluon.
"Prima di questa transizione, la temperatura è troppo alta; dopo di ciò, la densità è troppo bassa", ha detto Bashkanov.
Durante questo periodo di transizione, i quark potrebbero essersi congelati in particelle ordinarie, come protoni e neutroni, o nei BEC hexaquark che oggi potrebbero costituire la materia oscura, ha detto Bashkanov. Se questi hexaquark BECs sono là fuori, i ricercatori hanno scritto, potremmo essere in grado di rilevarli. Anche se i BEC hanno una vita abbastanza lunga, a volte decadono intorno alla Terra. E quel decadimento si rivelerebbe come una firma particolare nei rivelatori progettati per individuare i raggi cosmici e apparirebbe come se provenisse da ogni direzione contemporaneamente come se la sorgente riempisse tutto lo spazio.
Il passo successivo, hanno scritto, è cercare quella firma.
