L'anno scorso, i fisici hanno riferito che un rivelatore sperimentale di materia oscura aveva rilevato uno strano segnale che potrebbe indicare una nuova fisica e sono stati identificati diversi "sospetti". Gli scienziati di Cambridge hanno offerto una risposta che all'epoca non era stata presa in considerazione: l'esperimento potrebbe aver scoperto per la prima volta l'energia oscura, una forza misteriosa che accelera l'espansione dell'universo.
Sebbene si ritenga che la materia oscura superi di cinque volte la materia ordinaria, la materia oscura rimane sfuggente. Non interagisce con la luce e sembra manifestarsi principalmente attraverso influenze gravitazionali su scale cosmiche come stelle, galassie e ammassi di galassie.
Ma di tanto in tanto, una particella di materia oscura può schiantarsi contro una normale particella di materia in un modo che possiamo rilevare con l'attrezzatura giusta.
XENON1T era una delle versioni di questa apparecchiatura. L'esperimento, condotto in Italia tra il 2016 e il 2018, era essenzialmente un grande serbatoio pieno di xeno liquido immagazzinato in profondità nel sottosuolo. L'idea era che se una particella di materia oscura attraversa il serbatoio, ecciterà gli atomi di xeno per produrre un'esplosione di luce ed elettroni liberi che una serie di sensori può rilevare.
Ma questo non è così facile come potrebbe sembrare. Altre particelle note possono avere lo stesso effetto. Posizionare l'esperimento sottoterra aiuta a ridurre questo rumore di fondo, ma non solo. Quindi gli scienziati calcolano il livello di fondo previsto degli eventi e quindi controllano se il rilevamento effettivo è più alto.
Infatti era così. L'anno scorso, gli scienziati hanno riportato "un sorprendente aumento del numero di eventi" - 53, per la precisione - rispetto allo sfondo previsto di 232. Sembrava che stesse accadendo qualcosa di strano, ma era materia oscura?
Il candidato principale all'epoca era un'ipotetica particella elementare chiamata assione solare. Come suggerisce il nome, possono essere prodotti dal Sole e, sebbene non siano essi stessi considerati candidati alla materia oscura, lo sono altri tipi di assioni, quindi trovare prove per uno di essi sarebbe un passo importante.
Ma dopo ulteriori indagini, il team di Cambridge sostiene che ci vorranno troppi assioni solari per ricevere il segnale osservato.
Invece, suggeriscono un altro colpevole: una particella che trasporta il potere per l'energia oscura. Questo è il nome della forza repulsiva che sembra causare l'accelerazione dell'espansione dell'universo e uno dei suoi modelli include le cosiddette particelle camaleontiche.
In sostanza, si prevede che queste particelle abbiano masse ed effetti diversi a seconda di quanta materia c'è intorno a loro. Pertanto, in aree ad alta densità come la Terra, la loro massa è grande, ma la loro forza agisce solo su una piccola distanza.
Tuttavia, nello spazio interstellare, dove non c'è quasi materia, i camaleonti avranno meno massa, ma la loro influenza si estenderà molto oltre. Un tale interruttore potrebbe spiegare la bizzarra osservazione che l'energia oscura non sembra avere alcun effetto localmente, ma la influenza fortemente su scala galattica.
Questa ipotesi può sembrare troppo comoda per essere vera, ma sono esattamente per questo: idee che possono essere testate per trovare prove a favore o contro. E, secondo il team di fisica di Cambridge, potremmo aver trovato prove che i camaleonti trasportano energia oscura in eccesso rispetto agli eventi in XENON1T.
I ricercatori hanno modellato cosa accadrebbe se le particelle camaleontiche create dal sole in una regione altamente magnetica chiamata tachocline passassero attraverso il rivelatore XENON1T. In effetti, il segnale sembrava molto simile a quello osservato.
"È stato davvero sorprendente che questo eccesso possa in linea di principio essere causato dall'energia oscura e non dalla materia oscura", afferma Sunny Vagnozzi, il primo autore dello studio. "Quando le cose vanno così, è davvero qualcosa di speciale."
Ovviamente il caso è tutt'altro che chiuso. Ulteriori eventi non sono stati ancora adeguatamente confermati, ma versioni estese dell'esperimento potrebbero chiarire i risultati.
"Prima di tutto, dobbiamo sapere che non è stato solo un incidente", afferma Luca Vizinelli, coautore dello studio. "Se XENON1T vedesse davvero qualcosa, ti aspetteresti di vedere di nuovo un simile eccesso in esperimenti futuri, ma questa volta con un segnale molto più forte."
Lo studio è stato pubblicato sulla rivista Physical Review D.
2021-09-21 04:13:23
Autore: Vitalii Babkin