28 settembre 2015

Un nuovo modello per la materia oscura

Questa forma misteriosa di materia potrebbe avere una struttura composita come la materia ordinaria, con "quark oscuri" aggregati e tenuti insieme da un analogo della forza che permette ai normali nuclei di rimanere stabili. I componenti di questo tipo di materia oscura, definita stealth matter, potrebbero essere studiati in modo indiretto dal collisore Large Hadron Collider del CERN di Ginevra(red)

Una nuova teoria sulla struttura della materia oscura potrebbe offrire la possibilità di verificarne l'esistenza in esperimenti di laboratorio sulla Terra, in particolare con acceleratori come il Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra. La teoria, elaborata da ricercatori del Lawrence Livermore National Laboratory (LLNL) e di diverse università statunitensi, è descritta in un articolo in corso di pubblicazione su "Physical Review Letters" (qui il pre-print sul sito arXiv).

Un nuovo modello per la materia oscura
Mappa 3D della distribuzione su larga scala della materia oscura, ricostruita sulla base di misurazioni di lente gravitazionale effettuate dal telescopio spaziale Hubble Cortesia Lawrence Livermore National Laboratory)
La teoria ipotizza che la materia oscura, che compone circa l'83 per cento di tutta la materia dell'universo, non sia formata da un unico tipo di particella ma che, come la materia ordinaria, abbia una natura composita, formata da una sorta di "quark oscuri" confinati in nuclei con una massa pari a centinaia di volte quella di un protone o un neutrone. Questa forma di materia oscura composita, che i ricercatori hanno chiamato stealth (furtiva, nascosta) ed è diversa dagli altri tipi di materia oscura ipotizzata finora, sarebbe inoltre formata da componenti elettricamente cariche, a dispetto del fatto che la materia oscura non interagisce direttamente con la forza elettromagnetica, nemmeno con le forze nucleari deboli e forti, ma solo con la forza gravitazionale. Motivo per cui sappiano dell'esistenza della materia oscura solo grazie ai suoi effetti gravitazionali sulla materia ordinaria

A tenere insieme questi nuclei e a far sì che abbiano interazioni minime con la materia ordinaria sarebbe una forza ancora sconosciuta, che avrebbe un ruolo in qualche modo corrispondente a quello della forza forte che consente ai nuclei di materia ordinaria di restare coesi. Questo però, sottolinea Claudio Rebbi della Boston University coautore dello studio, non significa che la stealth matter sia una semplice "copia oscura" della materia
ordinaria, dato che la stealth matter è stabile pur avendo proprietà che nella materia ordinaria caratterizzano particelle instabili. E proprio questa peculiarità farebbe sì che i due tipi di materia interagiscano in maniera così ridotta, almeno nell'universo attuale.

In base ai calcoli e alle simulazioni dei ricercatori, infatti, nell'epoca immediatamente successiva al big bang la temperatura era talmente elevata da non permettere l'aggregazione di questi nuclei di stealth matter, i cui componenti avrebbero così interagito liberamente con quelli della materia ordinaria. Il progressivo raffreddamento dell'universo avrebbe però cambiato le cose.

Un nuovo modello per la materia oscura
Secondo il nuovo modello, nelle condizioni dell'universo primordiale i componenti della materia oscura avrebbero facilmente interagito con la materia ordinaria (Cortesia Lawrence Livermore National Laboratory)
 
Uno degli aspetti più interessanti del nuovo modello, sottolinea Enrico Rinaldi dell'LLNL, altro coautore dello studio, è "la possibilità che questo 'mondo oscuro', con le sue nuove particelle, possa essere rilevato dagli esperimenti in corso al LHC", che è abbastanza potente da riprodurre in piccolo le condizioni in cui nell'universo primordiale potevano interagire materia oscura e materia ordinaria. LHC non sarebbe in grado di vedere direttamente queste nuove particelle, ma potrebbe rilevare le tracce delle particelle cariche frutto delle interazioni, tracce che porterebbero la "firma" della stealth matter.