Un team di scienziati in Ungheria ha recentemente pubblicato un documento che suggerisce l'esistenza di una particella subatomica precedentemente sconosciuta. Il team ha riferito per la prima volta di aver trovato tracce della particella nel 2016, e ora riportano più tracce in un esperimento diverso.

Se i risultati sono confermati, la cosiddetta particella X17 potrebbe aiutare a spiegare la materia oscura, la misteriosa sostanza che gli scienziati ritengono rappresenti oltre l'80% della massa dell'universo. Può essere portatore di una "quinta forza" oltre le quattro considerate nel modello standard della fisica (gravità, elettromagnetismo, la forza nucleare debole e la forza nucleare forte).

Atomi che distruggono

La maggior parte dei ricercatori che cercano nuove particelle usano enormi acceleratori che frantumano le particelle subatomiche insieme ad alta velocità e osservano cosa esce dall'esplosione. Il più grande di questi acceleratori è il Large Hadron Collider in Europa, dove nel 2012 è stato scoperto il bosone di Higgs, una particella che gli scienziati stavano cercando da decenni.

Attila J. Krasznahorkay e i suoi colleghi dell'ATOMKI (l'Istituto di ricerca nucleare di Debrecen, Ungheria) hanno adottato un approccio diverso, conducendo esperimenti più piccoli che sparano le particelle subatomiche chiamate protoni ai nuclei di atomi diversi.

Nel 2016, hanno osservato coppie di elettroni e positroni (la versione antimateria degli elettroni) prodotte quando i nuclei di berillio-8 passavano da uno stato ad alta energia a uno stato a bassa energia.

Hanno trovato una deviazione da ciò che si aspettavano di vedere quando c'era un grande angolo tra gli elettroni ei positroni. Questa anomalia potrebbe essere spiegata al meglio se il nucleo emettesse una particella sconosciuta che in seguito si "divise" in un elettrone e un positrone.

Questa particella dovrebbe essere un bosone, che è il tipo di particella che trasporta forza, e la sua massa sarebbe di circa 17 milioni di elettronvolt. È pesante quanto 34 elettroni, che è abbastanza leggero per una particella come questa. (Il bosone di Higgs, Per esempio, è più di 10, 000 volte più pesante.)

A causa della sua massa, Krasznahorkay e il suo team hanno chiamato l'ipotetica particella X17. Ora hanno osservato uno strano comportamento nei nuclei di elio-4 che può essere spiegato anche dalla presenza di X17.

Quest'ultima anomalia è statisticamente significativa:un livello di confidenza a sette sigma, il che significa che c'è solo una piccolissima possibilità che il risultato sia avvenuto per caso. Questo è ben oltre il solito standard a cinque sigma per una nuova scoperta, quindi il risultato sembrerebbe suggerire che c'è qualche nuova fisica qui.

Controllo e doppio controllo

Però, il nuovo annuncio e quello del 2016 sono stati accolti con scetticismo dalla comunità dei fisici, il tipo di scetticismo che non esisteva quando due team hanno annunciato contemporaneamente la scoperta del bosone di Higgs nel 2012.

Allora perché è così difficile per i fisici credere che possa esistere un nuovo bosone leggero come questo?

Primo, esperimenti di questo tipo sono difficili, e così è l'analisi dei dati. I segnali possono apparire e scomparire. Già nel 2004, Per esempio, il gruppo di Debrecen ha trovato prove che hanno interpretato come la possibile esistenza di un bosone ancora più leggero, ma quando hanno ripetuto l'esperimento il segnale era sparito.

Secondo, bisogna assicurarsi che l'esistenza stessa di X17 sia compatibile con i risultati di altri esperimenti. In questo caso, sia il risultato 2016 con berillio che il nuovo risultato con elio possono essere spiegati dall'esistenza di X17 ma è ancora necessaria una verifica indipendente da un gruppo indipendente.

Krasznahorkay e il suo gruppo hanno segnalato per la prima volta prove deboli (a livello di tre sigma) per un nuovo bosone nel 2012 in un workshop in Italia.

Da allora il team ha ripetuto l'esperimento utilizzando apparecchiature aggiornate e ha riprodotto con successo i risultati del berillio-8, che è rassicurante, così come i nuovi risultati nell'elio-4. Questi nuovi risultati sono stati presentati al simposio HIAS 2019 presso l'Australian National University di Canberra.

Cosa ha a che fare questo con la materia oscura?

Gli scienziati credono che la maggior parte della materia nell'universo sia invisibile per noi. La cosiddetta materia oscura interagirebbe solo molto debolmente con la materia normale. Possiamo dedurre che esiste dai suoi effetti gravitazionali su stelle e galassie lontane, ma non è mai stato rilevato in laboratorio.

Allora, dove entra in gioco X17?

Nel 2003, in uno di noi (Boehm) ha mostrato che una particella come X17 potrebbe esistere, nel lavoro co-autore con Pierre Fayet e da solo. Trasporterebbe la forza tra le particelle di materia oscura più o meno allo stesso modo dei fotoni, o particelle di luce, fare per faccende ordinarie.

In uno degli scenari che ho proposto, Le particelle leggere di materia oscura a volte potrebbero produrre coppie di elettroni e positroni in un modo simile a quanto visto dal team di Krasznahorkay.

Questo scenario ha portato a molte ricerche in esperimenti a bassa energia, che hanno escluso molte possibilità. Però, X17 non è ancora stato escluso, nel qual caso il gruppo di Debrecen potrebbe aver effettivamente scoperto come le particelle di materia oscura comunicano con il nostro mondo.

Sono necessarie più prove

Sebbene i risultati di Debrecen siano molto interessanti, la comunità dei fisici non sarà convinta che una nuova particella sia stata effettivamente trovata fino a quando non ci sarà una conferma indipendente.

Quindi possiamo aspettarci che molti esperimenti in tutto il mondo che stanno cercando un nuovo bosone leggero inizino a cercare prove di X17 e la sua interazione con coppie di elettroni e positroni.

Se arriva la conferma, la prossima scoperta potrebbe essere le stesse particelle di materia oscura.

Questo articolo è stato ripubblicato da The Conversation con una licenza Creative Commons. Leggi l'articolo originale.