Come promesso, e in attesa - spero non vana! - del caricamento del relativo video, pubblico le slides della conferenza tenuta a Camogli da Lea di Noto (1) e Luca Marsicano (2), corredandole con una descrizione dell’evento.
Le ipotesi messe sino ad oggi sul piatto per dar conto degli effetti gravitazionali sulle galassie osservati a partire da Zwicky negli anni ‘30 (3) sono molteplici.
Vanno dal ritenere che i calcoli eseguiti siano errati (ad es utilizzo improprio dell’equazione di Keplero), al ritenere che esista una nuova legge relativa alla gravità che migliori la relatività generale, alla presenza di materia barionica ordinaria molto fredda che i nostri strumenti non riescono ancora a rilevare, sino all’ipotesi che esista un tipo di materia costituita da particelle non contemplate dal modello standard (4).
Quest’ultima ipotesi - che presuppone la nostra ignoranza circa l’esistenza di particelle di diversa natura estranee al modello standard (sinora mai rilevate) indicate complessivamente con il nome di Materia Oscura - è al momento l’unica in grado di spiegare tutte le anomalie riscontrate nelle osservazioni di quasi un secolo:
velocità di rotazione delle galassie ed eccessivo effetto lente gravitazionale prodotto da una galassia posta davanti ad uno sfondo di altre galassie.
Tali particelle (ipotetiche) potrebbero presentare una massa ridotta oppure una massa significativa, partendo da una misura pari a 10^-22 Ev sino a keV (super leggere), da keV a Gev (leggere), da Gev a 100 Te. (wimps); oltre questo valore troviamo le Q Balls nuggets fino ad arrivare ai buchi neri primordiali.
Lea di Noto concentra la sua ricerca sulle Weakly Interactive Massive Particles ipotizzando esista una particella da aggiungere al modello standard indicato dalla lettera greca Χ (chi) con massa compresa tra 1 Gev e 1 Tev (5)
Luca Marsicano invece si occupa della ricerca di materia oscura leggera, in particolare del “fotone oscuro”, indicato con la lettera A’ e la cui massa dovrebbe trovarsi nell’intervallo tra 1 Mev ed 1 Gev.
La di Noto si occupa della progettazione di rilevatori di Wimps partendo dall’ipotesi che particelle wimp possano interagire con la materia ordinaria del rilevatore: nel caso di urto viene rilasciata energia che genera un segnale.
La Terra ruotando intorno al Sole che gira intorno alla galassia potrebbe andar incontro ad un “vento di wimp”.
Alcune wimp potrebbero interagire con nuclei di atomi di materia ordinaria e generare piccoli rinculi nucleari che possono esser rilevati.
Tuttavia poiché tali interazioni si pensa possano essere molto rare è necessario disporre di rilevatori molto grandi (e naturalmente distinguere le interazioni che avvengono con particelle note).
L’esperimento progettato che dovrebbe perseguire un tale fine è chiamato Dark Side e sarà posizionato al Gran Sasso.
Un enorme serbatoio di Argon liquido (20 tonnellate) è in fase di costruzione (6).
Un pari rivelatore allo Xenon è già stato costruito e servirà come “controllo” degli eventi riscontrati nel primo.
La speranza è quella di individuare un rinculo (indicatore) oppure segnare nuovi limiti che riducano l’intervallo in cui cercare.
Marsicano invece ipotizza che la massa della materia oscura non superi i 500 MeV, una frazione del 40 GeV del nucleo di argon.
Pertanto la strategia seguita nella ricerca è quella di produrre tali particelle utilizzando l’energia prodotta dagli acceleratori (100 GeV) e adottando la tecnica del calcolo dell’energia mancante dopo una collisione.
Il nome dell’esperimento è NA64 ed utilizza l’SPS (il super proton synchrotron del CERN con diametro pari a circa 7 km).
L’NA64 è in funzione dal 2016 e su 10^12 elettroni misurati non ha rilevato nessun evento significativo: pertanto tale teoria si ritiene parzialmente esclusa.
Prima di concludere è opportuno ricordare che un esperimento al Gran Sasso (che sta ancora acquisendo dati) ha prodotto un aumento di eventi “sospetti” in corrispondenza con il periodo estivo: si tratta di DAMA-LIBRA (di cui ho già trattato precedentemente, vedi nota 4) che potrebbe confermare l’ipotesi del “vento di wimp”.
Altri esperimenti simili dislocati altrove non hanno tuttavia generato gli stessi dati (anche se il loro periodo di presa dati è ancora limitato).
In futuro si pensa di realizzare un progetto simile a DAMA nell’emisfero meridionale, dove le stagioni sono invertite: la presenza di un eccesso di eventi nell’inverno potrebbe indicare che DAMA ha davvero rilevato qualcosa di estraneo al modello standard.
Un altro risultato “possibilista” è stato registrato dall’esperimento ATOMKI nel decadimento di nuclei di berillio eccitati: la così battezzata “anomalia X17” potrebbe esser indice dell’esistenza di una quinta forza oppure di un nuovo mediatore (bosone) con massa 16.8 MeV non previsto dal modello standard (e per brevità indicato con l’approssimazione a 17).
Note:
(1) Lea di Noto è ricercatrice di Fisica delle Interazioni Fondamentali presso l’Università di Genova e membro di collaborazioni internazionali per lo studio della fisica del neutrino (DUNE, ICARUS e BoreXino) e per la ricerca di materia oscura (DarkSide).
E’ associata all’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare della Sezione di Genova, in cui partecipa alla costruzione di rivelatori per esperimenti di fisica delle particelle installati ai laboratori del FermiLab in USA e ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso in Italia.
E’ attiva nella divulgazione scientifica, collaborando a progetti finalizzati alle scuole superiori.
(2) Luca Marsicano, laurea in fisica nel 2016, ha conseguito il dottorato di ricerca con una tesi sull’esperimento BDX, per la ricerca di materia oscura leggera presso il Jefferson Lab (Stati Uniti).
Attualmente postdoc presso l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare a Genova, svolge la sua attività nell’ambito dell’esperimento POKER al CERN di Ginevra, il cui scopo è creare particelle di materia oscura utilizzando fasci di antimateria.
(3) vedi il mio post “gli astronomi sono tutti bastardi sferici, Zwicky il precursore della materia oscura” del 7 luglio 2020
(4) per una diffusa trattazione su tutte queste ipotesi vedi il mio post “E' davvero indispensabile ipotizzare l'esistenza della materia oscura per giustificare anomalie legate alla gravità riscontrate in quasi un secolo di osservazioni?” del 5 ottobre 2022
(5) ci sono teorie che prevedono l’esistenza di molto più massicce, le “wimp-zilla”, che potrebbero esser generate dal decadimento degli inflatoni (per ora non identificati), i cui livelli di energia sono per ora al di fuori della nostra portata.
(6) la massa stimata di una wimp intorno a 500 GeV si scontrerebbe con un nucleo di argon la cui massa è 40 GeV.
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