La distribuzione calcolata di materia oscura (in blu) in sei ammassi di galassie, sovrapposta alle immagini in luce visibile riprese dal telescopio spaziale Hubble. Crediti: Nasa, Esa, Stsci, Cxc
Con materia oscura si intende solitamente “qualcosa” che produce effetti gravitazionali, pur risultando (finora) completamente non rilevabile. Questi effetti si notano bene nelle galassie che, se fossero costituite solo da materia ordinaria, dovrebbero ruotare in maniera diversa.
Tuttavia, si suppone che la materia oscura possa interagire con la materia visibile anche in maniera non gravitazionale. Sono state ipotizzate dunque diverse particelle che potrebbero dare conto, almeno in parte, degli effetti addebitabili alla dark matter. Tra queste ipotetiche particelle cosiddette “fredde”, c’è l’assione, senza carica e con massa miliardi di volte inferiore a quella dell’elettrone, teorizzata per compensare certi aspetti legati alla cromodinamica quantistica.
Un gruppo europeo, guidato da ricercatori dell’Università del Sussex (Uk), ha pubblicato recentemente un articolo sulla rivista Physical Review X in cui mostra che l’assione, per come teorizzato, non esiste.
Basandosi sui dati raccolti in precedenza sia dall’esperimento svizzero nEDM (neutron Electric Dipole Moment) che da un analogo francese presso l’Institut Laue-Langevin a Grenoble, entrambi finalizzati alla misura della distribuzione di carica positiva e negativa all’interno del neutrone, i ricercatori hanno dimostrato nel nuovo studio che l’assione, se esiste, deve rispondere a limiti molto più stringenti di quanto ritenuto finora, sia per quanto riguarda la massa che per la maniera di interagire con la materia ordinaria.
Michal Rawlik, Eth Zürich, e Nicholas Ayres, Sussex University, di fronte all’esperimento nEDM. Crediti: Sussex University
Il nuovo studio si basava sull’assunto che l’interazione tra gli assioni, da una parte, e gli atomi di mercurio 199 e i neutroni ultra-freddi utilizzati negli esperimenti, dall’altra, avrebbe prodotto delle “oscillazioni”, molto piccole ma rilevabili. L’assenza di segnali di oscillazione nell’esperimento ha permesso agli scienziati di fissare il primo limite di laboratorio sull’intensità dell’interazione tra assioni e gluoni, migliorando quella ottenuta da osservazioni astrofisiche dell’elio 4 di un fattore 1000 (vedi questo servizio video in proposito).
«Questi risultati sono mille volte più sensibili di quelli precedenti e sono basati su misurazioni di laboratorio, piuttosto che su osservazioni astronomiche», commenta Philip Harris dell’Università del Sussex, fra gli autori dello studio. «I risultati non escludono definitivamente l’esistenza degli assioni, ma l’ambito in cui queste particelle potrebbero esistere ora è decisamente limitato. Diciamo che è un invito per i fisici a tornare alla lavagna e sviluppare qualche nuova teoria per la caccia alla materia oscura».
Per saperne di più:
- Leggi l’articolo su Physical Review X “Search for Axionlike Dark Matter through Nuclear Spin Precession in Electric and Magnetic Fields“, di C. Abel, N. J. Ayres et al.