Materia oscura? No, tu no

Elaborazione in 3D della ricerca di HADES del bosone U. Crediti: A. Schmah/HADES

Nella scienza, si sa, anche i risultati negativi sono spesso di per sé risultati. Ci sono casi poi in cui la smentita può avere altrettanto valore della conferma: è quello che è successo all’Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf (HZDR) tedesco, che ha eliminato uno dei candidati più papabili per la materia oscura. Con conseguenze che potrebbero persino mettere in discussione alcuni pilastri del modello standard.

L’enigma di partenza è sempre il solito: abitiamo un cosmo di cui conosciamo a malapena il 5%, perché il restante 95 è composto da particelle sconosciute. Che dovrebbero costituire la materia oscura, tenuta insieme dall’altrettanto ineffabile energia oscura. Entrambe ancora oggi impossibili da osservare.

Per questo i fisici dell’HZDR lavorano per esclusione: alimentando la lista di ciò che sicuramente materia oscura non è. Solo che questa volta è toccato a un elemento che era proprio uno dei maggiori indiziati nella top ten della dark matter: il cosiddetto fotone oscuro, o bosone U.

Il soprannome, che non è un vero e proprio termine scientifico, si riferisce a una particolare proprietà, la simmetria unitaria (“U”, appunto). Questa simmetria determina gli stati quantici dei bosoni U in modo simile ai fotoni, ma a differenza delle comuni particelle di luce ha un’interazione molto debole con la materia.

Fino a poco fa si pensava che la possibilità di attribuire al fotone U una massa, per quanto minima, sarebbe stata una sorta di lasciapassare verso l’energia oscura. Nel senso che una volta individuata con certezza l’esistenza di questi fotoni oscuri, e confermata la loro capacità di legarsi ai fotoni “normali”, il gioco era fatto.

Ma l’esperimento condotto dall’HZDR, in collaborazione con altri 17 istituti di ricerca europea, sembra smentire completamente questa ipotesi. I risultati, pubblicati su Physics Letters B, sono stati ottenuti grazie all’High-Acceptance Di-Electron Spectrometer (HADES), uno degli spettrometri più sofisticati al mondo. Questa gigante macchina è stata costruita appositamente per indagare la struttura più elementare della materia, e ha la capacità di misurare le proprietà delle particelle in modo precisissimo.

È stata proprio questa la caratteristica fatale per il fotone oscuro: in un anno, HADES ha analizzato più di dieci miliardi di eventi quantistici, senza mai rilevare neppure una volta le proprietà che ci si sarebbe aspettati dai bosoni U. Su queste basi, i ricercatori dell’HZDR si sono sentiti di escludere con certezza l’esistenza stessa di queste particelle: e quindi addio al canale privilegiato verso la materia oscura.

Eppure con questa smentita si aprono possibili nuove strade nella cornice dell’eterno incontro-scontro tra fisica classica e fisica quantistica. E questo per un motivo molto semplice: l’attuale cosmologia ha bisogno della materia oscura. Senza la sua teorizzazione, tutta la spiegazione della materia come la conosciamo crollerebbe, e con essa gran parte del modello standard.

Fino a oggi molte “anomalie” osservate in fisica quantistica erano state spiegate postulando l’esistenza del bosone U (ad esempio il momento magnetico del muone). Ma adesso la sua esclusione sfida ancora una volta l’approccio classico: aprendo forse la strada a nuove frontiere della fisica.

Per saperne di più:

• Leggi l’articolo “Searching a dark photon with HADES” firmato dalla Collaborazione HADES, su Physics Letters B.

Fonte: Media INAF | Scritto da Giulia Bonelli