Uno dei più grandi enigmi della fisica è che l'ottantacinque per cento della materia nel nostro universo è "oscura":non interagisce con i fotoni della forza elettromagnetica convenzionale ed è quindi invisibile ai nostri occhi e ai nostri telescopi. Sebbene la composizione e l'origine della materia oscura siano un mistero, sappiamo che esiste perché gli astronomi osservano la sua attrazione gravitazionale sulla normale materia visibile come stelle e galassie.

Alcune teorie suggeriscono che, oltre alla gravità, le particelle di materia oscura potrebbero interagire con la materia visibile attraverso una nuova forza, che finora è sfuggito al rilevamento. Proprio come la forza elettromagnetica è trasportata dal fotone, si pensa che questa forza oscura sia trasmessa da una particella chiamata fotone "oscuro" che si prevede agisca come mediatore tra la materia visibile e quella oscura.

"Per usare una metafora, un dialogo altrimenti impossibile tra due persone che non parlano la stessa lingua (materia visibile e materia oscura) può essere attivato da un mediatore (il fotone oscuro), che capisce una lingua e parla l'altra, " spiega Sergei Gninenko, portavoce della collaborazione NA64.

L'esperimento NA64 del CERN cerca le firme di questa interazione visibile-oscurità utilizzando un concetto di fisica semplice ma potente:la conservazione dell'energia. Un fascio di elettroni, la cui energia iniziale è nota in modo molto preciso, è puntato su un rilevatore. Le interazioni tra gli elettroni in ingresso e i nuclei atomici nel rivelatore producono fotoni visibili. L'energia di questi fotoni viene misurata e dovrebbe essere equivalente a quella degli elettroni. Però, se i fotoni oscuri esistono, sfuggiranno al rivelatore e porteranno via una grande frazione dell'energia iniziale dell'elettrone.

Perciò, la firma del fotone oscuro è un evento registrato nel rivelatore con una grande quantità di "energia mancante" che non può essere attribuita a un processo che coinvolge solo particelle ordinarie, fornendo così un forte indizio dell'esistenza del fotone oscuro.

Se confermato, l'esistenza del fotone oscuro rappresenterebbe una svolta nella nostra comprensione dell'antico mistero della materia oscura.