Materia oscura, possibile identikit

Nessuno ancora è riuscito a darle un volto: la chiamano solo dark matter, e nel regno della fisica è signora indiscussa dell’oscurità.

Così la materia oscura, ineffabile componente del cosmo che secondo recenti stime costituirebbe oltre l’85% della massa presente nell’Universo, resta uno dei più grandi misteri della scienza moderna.

Ora un nuovo studio pubblicato su Nature muove un importante passo verso la descrizione dei possibili ‘connotati’ della dark matter.

La ricerca, coordinata dall’Università di Wuppertal, ha utilizzato elaborate simulazioni al computer per tracciare l’identikit di uno dei più promettenti candidati al ruolo di materia oscura: i cosiddetti assioni. Si tratta di ipotetiche particelle elementari che sarebbero state prodotte in grande quantità nei primissimi istanti dopo il Big Bang.

Gli scienziati hanno utilizzato il supercomputer JUQUEEN del Forschungszentrum Jülich tedesco, grazie al quale sono riusciti a determinare le caratteristiche che avrebbero gli assioni se fossero davvero il ‘cuore’ della materia oscura dell’universo.

E visto che parliamo di particelle, una delle proprietà essenziali per tracciare un identikit fisico è la massa: secondo i risultati delle simulazioni, gli assioni dovrebbero avere una massa compresa tra 50 e 1500 micro-elettronvolt.

Questo significa che i ‘mattoni’ che compongono la materia oscura sarebbero fino a dieci miliardi di volte più leggeri degli elettroni.

Di conseguenza, ogni singolo centimetro cubo di Universo dovrebbe contenere in media dieci milioni di assioni; ma visto che la materia oscura non sembra essere distribuita in modo uniforme, dovrebbero esistere svariati ‘ammassi’ molto più concentrati di queste particelle ultraleggere.

Pensando a casa nostra, in base alle stime di JUQUEEN la Via Lattea potrebbe contenere fino a un trilione di assioni per centimetro cubo.

«I nostri risultati – commenta Zoltán Fodor dell’Università di Wuppertal e leader dello studio – porteranno probabilmente a una vera e propria gara per la scoperta di tali particelle».

Una ‘gara’, questa, che è già in corso da molti anni: arrivare al traguardo significherebbe non solo risolvere il problema della materia oscura, ma anche rispondere ai quesiti ancora aperti sull’interazione spazio-temporale tra questa misteriosa componente del cosmo e le altre particelle dell’Universo.

«La conoscenza della massa dell’assione è un elemento cruciale per la ricerca sperimentale di questa particella – commenta il fisico teorico Antonio Masiero, vicepresidenrte dell’INFN – un altro elemento che per noi sarebbe fondamentale è la conoscenza degli accoppiamenti tra gli assioni e la materia ordinaria, in particolare i fotoni. Quindi, il progresso in questo campo grazie allo studio teorico a “temperatura finita”, cioè portando il sistema fisico a una temperatura dell’ordine di quella che aveva il sistema-universo nel momento d’interesse per la produzione cosmica di assioni, è molto importante per fornire informazioni utili per la ricerca sperimentale».

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