Un nuovo modo per rilevare la materia oscura

Rilevare particelle di materia oscura usando plasmi sintonizzabili: è questo il risultato di uno studio condotto da un team internazionale di fisici e pubblicato sulla rivista Physical Review Letters.

La materia oscura costituisce circa un quarto dell’Universo ed è uno dei principali temi sui quali la cosmologia moderna sta concentrando i propri sforzi: le domande ancora senza risposta sono tante, come ha anche dichiarato il nuovo premio Nobel James Peebles martedì, nel corso della cerimonia di premiazione.

Secondo le teorie moderne, la materia oscura sarebbe composta da particelle invisibili che non riflettono né assorbono luce, ma sono in grado di esercitare interazione gravitazionale. Non è ancora chiaro che tipo di particelle siano, ma gli esperimenti condotti finora dimostrano che potrebbero essere assioni, particelle con massa pari a un miliardesimo di quella dell’elettrone.

Secondo il ricercatore Alexander Millar dell’Università di Stoccolma ed i suoi colleghi, gli assioni, introdotti inizialmente per spiegare perché l’interazione forte (o forza nucleare forte) è la stessa sia spostandosi indietro nel tempo che proiettandosi in avanti, sarebbero i candidati ideali. Sempre secondo Millar:

Trovare l’assione è come sintonizzare una radio: devi posizionare l’antenna sulla giusta frequenza.

Più che la musica, però, sarà possibile ascoltare il suono della materia oscura che la Terra sta attraversando.

Il ruolo del plasma nella ricerca di materia oscura

Secondo il pool di scienziati, in presenza di un campo magnetico, queste particelle genererebbero un piccolo campo elettrico che potrebbe essere sfruttato per manovrare le oscillazioni nel plasma: proprio quest’ultime amplificheranno il segnale, permettendo al team di “ascoltare” la materia oscura.

In più, a differenza dei precedenti esperimenti svolti usando cavità risonanti, non vi è quasi nessun limite alla dimensione di questi plasmi, così che si possa ottenere un segnale più amplificato. Un po’ come paragonare un walkie-talkie ed una torre radiofonica. Il plasma svolge una duplice funzione: da un lato crea un ambiente idoneo alla conversione degli assioni in luce; dall’altro fornisce una risonanza plasmonica utile a raccogliere l’energia della materia oscura convertita.

Per sintonizzare la “radio assione”, la proposta dei fisici è quella di adottare un metamateriale a filo, un sistema di fili più sottili di un capello che possono essere usati per modificare la frequenza caratteristica del plasma.

Ora non resta che attendere i risultati dell’applicazione di questo nuovo metodo. Nel frattempo, il dr. Millar si mostra fiducioso:

È molto eccitante notare come la comunità scientifica abbia deciso così rapidamente di porre attenzione su questa nuova idea. Questo permetterà di mettere in atto esperimenti su larga scala.

Per approfondire:

[1] “Tunable Axin Plasma Haloscopes” – Physical Review Letters