(Phys.org)—Attualmente, uno dei candidati più forti per la materia oscura sono le particelle massicce che interagiscono debolmente, o WIMPS, sebbene finora questa ipotetica particella non sia stata ancora rilevata direttamente. Ora in un nuovo studio, i fisici hanno proposto che la materia oscura non sia una WIMP, e inoltre, non è nessuna particella che è finora conosciuta o teorizzata per esistere.

Anziché, i fisici sostengono che la materia oscura è composta da particelle provenienti da uno dei tanti "settori nascosti" che si pensa esistano al di fuori del "settore visibile" che racchiude il nostro intero mondo visibile. Il team di ricercatori, Bobby Acharya, Sebastian Ellis, Gordon Kane, Brent Nelson, e Malcom Perry, da istituzioni nel Regno Unito, Italia, e gli Stati Uniti, ha pubblicato il loro studio in un recente numero di Lettere di revisione fisica.

I settori nascosti sono così chiamati perché le particelle in questi settori non sentono le forze forti ed elettrodeboli come quelle nel settore visibile, che riduce notevolmente la loro interazione con il settore visibile. Quindi le particelle di settore nascoste potrebbero essere tutt'intorno a noi:al momento non abbiamo modo di rilevarle.

Nello scenario proposto, la materia oscura è costituita da particelle nel settore nascosto che comunicano attraverso un portale dal settore nascosto al settore visibile, e in questo modo esercitare gli effetti gravitazionali che gli scienziati hanno a lungo osservato.

Anche se un'idea del genere può sembrare inverosimile, settori nascosti e portali sono stati a lungo componenti della teoria delle stringhe e della teoria M, due teorie che cercano di spiegare la fisica delle particelle al suo livello più fondamentale.

Il principale sostegno alla nuova affermazione si riduce a una questione di stabilità. Generalmente, le particelle più pesanti decadono in particelle più leggere. Quindi particelle più leggere, essere più stabile, sono candidati molto più probabili per la materia oscura. Da qui deriva il supporto di lunga data per le WIMP, poiché le WIMP sono la particella supersimmetrica più leggera, e quindi, fino ad ora, considerato stabile.

Però, poiché si pensa che esistano circa 100 settori nascosti, ma solo un settore visibile, gli scienziati sostengono nel nuovo studio che alcuni settori nascosti probabilmente contengono una particella che è persino più leggera delle WIMP.

Gli scienziati mostrano che le WIMP potrebbero teoricamente decadere in una o più particelle di settore nascoste più leggere, che a sua volta potrebbe decadere in particelle di settore nascoste ancora più leggere. Quindi la particella supersimmetrica più leggera nel settore visibile non sarebbe abbastanza stabile da essere materia oscura. Anziché, secondo questa tesi, una particella del settore nascosto attualmente sconosciuta sarebbe un candidato molto più probabile per la materia oscura.

"Il più grande significato del nostro lavoro è che costringe i teorici a ripensare il paradigma di quella che viene chiamata materia oscura WIMP, "Ellis, un fisico presso l'Università del Michigan, detto Phys.org . "I WIMP sono stati i candidati più popolari per ciò che costituisce la materia oscura per oltre 30 anni. Un WIMP è una particella un po' come il bosone di Higgs o Z che sono elettricamente neutri, particelle pesanti che partecipano alle interazioni nucleari deboli, ma a differenza dell'Higgs o del bosone Z, La materia oscura WIMP sarebbe stabile su scale cosmologiche. La materia oscura WIMP è stata più comunemente discussa nel contesto della supersimmetria (SUSY).

"Da 30 anni, i teorici hanno pensato che nei modelli SUSY, la particella SUSY più leggera era un buon candidato per la materia oscura grazie alla sua stabilità. Però, nel nostro articolo sosteniamo che se prendi il Modello Standard della fisica delle particelle come residente in un struttura della teoria delle stringhe/M, allora le WIMP supersimmetriche probabilmente non sono un buon candidato per la materia oscura, perché dimostriamo che sono tipicamente instabili.

"Il panorama delle stringhe comprende un vasto numero di possibili teorie a bassa energia. Tuttavia, abbiamo scoperto che quasi tutto il paesaggio avrebbe mostrato questa caratteristica di instabilità WIMP. Una tale conclusione significa che se dobbiamo pensare seriamente di incorporare il nostro universo visibile in una teoria delle stringhe, dobbiamo considerare seriamente la possibilità naturale che la materia oscura risieda in un settore nascosto, o siamo costretti in un angolo molto atipico del panorama degli archi."

Se la materia oscura risulta essere una particella settoriale nascosta, spiegherebbe perché le WIMP sono state così difficili da rilevare nei collisori di particelle. Per rilevare un WIMP, gli scienziati dovranno modificare la loro ricerca e guardare in luoghi diversi.

"Se la materia oscura proviene da un settore nascosto, pone un serio problema su come rilevarlo, se non attraverso le sue interazioni gravitazionali, " Ha detto Ellis. "La teoria delle stringhe/M può fornire i cosiddetti 'portali' che collegano questi settori nascosti al nostro settore visibile, quindi potenzialmente portando a un mezzo per cercare la materia oscura del settore nascosto. Anche, se la materia oscura è "provata" sperimentalmente di essere in un settore nascosto, si adatterebbe molto naturalmente ai modelli tipici dell'universo che sorgono nelle stringhe e nella teoria M."

Nel futuro, gli scienziati hanno in programma di indagare ulteriormente sulla firma esatta di un WIMP che decade in una particella di settore nascosta, che avrebbe guidato gli esperimenti futuri.

"Attualmente stiamo finalizzando un documento di follow-up in cui consideriamo le tipiche costruzioni di settori nascosti della teoria delle stringhe/M che potrebbero fornire buoni candidati per la materia oscura, " Ellis ha detto. "La cosa più importante, troviamo che ci sono tali candidati. La firma tipica di tali costruzioni è che quando le particelle SUSY vengono prodotte in un collisore, il WIMP decadrà prontamente nel settore nascosto e in altre particelle visibili. Quindi ci si aspetterebbe la tipica firma del collisore per SUSY, vale a dire energia mancante, ma accompagnato da più particelle che in un tipico evento SUSY."