Calcoli per il nuovo modello di materia oscura sviluppato all'Università di Mainz. Credito:Michael Baker, JGU
Solo una piccola parte dell'universo è costituita da materia visibile. Di gran lunga la parte più grande è invisibile e consiste di materia oscura ed energia oscura. Si sa molto poco sull'energia oscura, ma ci sono molte teorie ed esperimenti sull'esistenza della materia oscura progettati per trovare queste particelle ancora sconosciute. Gli scienziati della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) in Germania hanno ora elaborato una nuova teoria su come la materia oscura potrebbe essersi formata poco dopo l'origine dell'universo. Questo nuovo modello propone un'alternativa al paradigma WIMP che è oggetto di diverse sperimentazioni nella ricerca attuale.
La materia oscura è presente in tutto l'universo, formando galassie e le più grandi strutture conosciute nel cosmo. Costituisce circa il 23 percento del nostro universo, mentre le particelle a noi visibili che compongono le stelle, pianeti, e anche la vita sulla Terra ne rappresenta solo il 4% circa. L'ipotesi attuale è che la materia oscura sia una reliquia cosmologica che è rimasta essenzialmente stabile sin dalla sua creazione. "Abbiamo messo in discussione questa ipotesi, mostrando che all'inizio dell'universo la materia oscura poteva essere instabile, " ha spiegato il Dr. Michael Baker del gruppo Theoretical High Energy Physics (THEP) presso il JGU Institute of Physics. Questa instabilità indica anche l'esistenza di un nuovo meccanismo che spiega la quantità osservata di materia oscura nel cosmo.
La stabilità della materia oscura è solitamente spiegata da un principio di simmetria. Però, nella loro carta, Il Dr. Michael Baker e il Prof. Joachim Kopp dimostrano che l'universo potrebbe aver attraversato una fase durante la quale questa simmetria è stata rotta. Ciò significherebbe che è possibile che l'ipotetica particella di materia oscura decada. Durante la transizione di fase elettrodebole, sarebbe stata ristabilita la simmetria che stabilizza la materia oscura, permettendogli di continuare ad esistere nell'universo fino ai giorni nostri.
Nel nuovo modello di materia oscura, la particella di Higgs ha proprietà diverse da quelle del modello standard della fisica delle particelle. La figura mostra l'energia della particella di Higgs in funzione dei parametri del modello. Credito:Michael Baker, JGU
Con la loro nuova teoria, Baker e Kopp hanno introdotto un nuovo principio nel dibattito sulla natura della materia oscura che offre un'alternativa alla teoria WIMP ampiamente accettata. Fino ad ora, WIMP, o particelle massicce che interagiscono debolmente, sono stati considerati i componenti più probabili della materia oscura, e sono stati condotti esperimenti che coinvolgono rivelatori sotterranei fortemente schermati per cercarli. "L'assenza di segnali convincenti ci ha portato a cercare alternative al paradigma WIMP, " ha detto Kopp.
I due fisici sostengono che il nuovo meccanismo che propongono potrebbe essere collegato all'apparente squilibrio tra materia e antimateria nel cosmo e potrebbe lasciare un'impronta che verrebbe rilevata in futuri esperimenti sulle onde gravitazionali. Nel loro articolo pubblicato sulla rivista scientifica Lettere di revisione fisica , Baker e Kopp indicano anche le prospettive di trovare prove del loro nuovo principio presso l'acceleratore di particelle LHC del CERN e altre strutture sperimentali.
