Una sostanza invisibile permea l'universo, alterando i percorsi di stelle e galassie.
Questa cosiddetta materia oscura esercita un'attrazione gravitazionale, ma non interagisce mai con la luce. Nessuno sa di cosa sia fatto ed è stato impossibile rilevare fino ad ora. Ma una nuova teoria potrebbe finalmente fornire un modo per testare la materia oscura.
La materia oscura potrebbe essere formata da strani semimagneti, fisici teorici dell'Università della California, Davis, ha detto in una presentazione del 6 giugno alla conferenza Planck 2019 a Granada, in Spagna. E accendendo un microscopio elettronico davvero potente (quasi inesistente), potremmo finalmente essere in grado di rilevarli.
Ma non tutti i fisici sono convinti.
"Penso che sia pulito, ma non molto promettente", ha detto Sabine Hossenfelder, ricercatrice presso l'Istituto di studi avanzati di Francoforte, che non faceva parte dello studio. "Ci sono infinite particelle che puoi inventare che possono costituire la materia oscura". Questo è solo un altro, ha aggiunto.
"Per ognuna di queste particelle puoi fare molti calcoli, pubblicare articoli ed elaborare esperimenti, per i quali puoi provare a ottenere finanziamenti", ha detto. "Se sei davvero fortunato, qualcuno farà il tuo esperimento, che non troverà nulla."
La ricerca della materia oscura
Sebbene le teorie prevedano l'esistenza della materia oscura, non abbiamo davvero idea di come sia o di cosa sia fatta. Per un po ', c'è stata "una bella storia" in cui la materia oscura era composta da una bestia timida e timida di una particella conosciuta come una particella volutamente debole interagendo, o WIMP, ha detto il co-autore del nuovo studio, John Terning, un professore di fisica all'Università della California, Davis.
Per anni, gli scienziati hanno cercato queste particelle lente e senza carica utilizzando potenti acceleratori di particelle. Ma col passare del tempo, i fisici hanno escluso sempre più candidati WIMP - e l'idea popolare ha perso aderenza. Sebbene non completamente escluso, "negli ultimi 10 anni, la gente ha pensato ad altre possibilità oltre ai WIMP", ha detto Terning.
Un'altra teoria propone che la materia oscura sia in realtà costituita da particelle di luce o fotoni.
"Oltre ai normali fotoni che possiamo vedere, potrebbero esserci alcuni fotoni che non possiamo vedere", ha detto Terning. Questi cosiddetti "fotoni oscuri" sono particelle ipotetiche che hanno massa, ma sono più leggere degli elettroni. I fotoni oscuri interagirebbero, sebbene piuttosto debolmente, con fotoni regolari.
In questo nuovo studio, Terning e il suo ricercatore post-dottorato Christopher Verhaaren si sono basati su questa teoria, proponendo che la materia oscura potesse anche essere composta da semimagneti oscuri, questi ipotetici semipermeti sarebbero versioni oscure dei monopoli o magneti ricercati da tempo che hanno un solo polo, che il fisico Paul Dirac ha proposto per la prima volta negli anni '30. (Nonostante decenni di caccia, nessuno ha ancora trovato prove per loro in natura.)
Dirac non ha solo proposto i monopoli; ha anche proposto che un elettrone che si muove attorno a un monopolo sarebbe influenzato dal suo campo magnetico. Quindi, se la teoria di Terning e Verhaaren è giusta, e le versioni oscure di questi semip magneti si nascondono da qualche parte nell'universo - e se quei semip magneti oscuri si comportano come il monopolo di Dirac - lascerebbero anche sottili indizi sui percorsi degli elettroni.
Se esistessero monopoli oscuri, emetterebbero fotoni oscuri che possono trasformarsi in fotoni regolari prima di essere assorbiti dagli elettroni, ha detto Terning. Questa interazione provocherebbe la rotazione o il cambio di direzione degli elettroni di un po ', producendo un modello di interferenza chiamato effetto Aharonov-Bohm. (Gli elettroni non sono solo particelle, sono anche onde e uno schema di interferenza è ciò che si manifesta quando i picchi e le valli dell '"equazione delle onde" dell'elettrone si sommano o si annullano a vicenda, creando una serie di luce parallela e linee scure.) Terning e Verhaaren propongono di poter rilevare questo leggerissimo cambiamento nei modelli di interferenza elettronica usando microscopi elettronici.
Eccitato dal sole
Se la materia oscura esiste, è in noi e tutt'intorno a noi - incluso dentro e intorno a qualsiasi microscopio a fascio di elettroni che utilizzeremmo per rilevarla. Ma per rilevare la materia oscura attraverso la sua perturbazione di elettroni, gli strani semimagneti che compongono la materia oscura dovrebbero avere un campo magnetico abbastanza forte. Ciò significa che questi semi-magneti dovrebbero avere molta energia.
I monopoli che passano vicino al sole potrebbero eccitarsi, guadagnare più energia e poi scendere sulla Terra, ha detto Terning. Prevede che circa cinque di questi monopoli eccitati al giorno passerebbero attraverso qualcosa delle dimensioni del loro microscopio a fascio di elettroni proposto. "Non è male perché i soliti rilevatori WIMP sarebbero felici se avessero cinque eventi all'anno", ha detto.
Inoltre, il cambiamento nella fase elettronica causata da semimagneti oscuri sarebbe così piccolo che, per rilevarlo, avremmo bisogno di microscopi a fascio di elettroni ad altissima risoluzione - quelli attualmente esistenti probabilmente non sono abbastanza potenti . Questo microscopio elettronico dovrebbe avere una risoluzione cinque volte maggiore di quelle attualmente esistenti, ha detto Terning.
In ogni caso, speriamo di "coinvolgere queste persone con i microscopi microscopi elettronici interessati alla ricerca di questo" o "potremmo doverne costruirne un altro solo per sederci e aspettare la materia oscura", ha detto Terning.
Le varie teorie della materia oscura in competizione ci avrebbero raccontato storie completamente diverse su come si formò l'universo primordiale. Inoltre, una volta che hai capito di cosa è fatta la materia oscura - che si tratti di particelle leggere o pesanti - le persone potrebbero concepibilmente creare fabbriche di materia oscura, di sorta, qui sulla Terra. "Se è molto leggero, non hai bisogno di molta energia per produrre la tua materia oscura."
Gli scienziati hanno pubblicato il loro studio sulla rivista di prestampa arXiv. Non è stato ancora sottoposto a revisione paritaria.
