I ricercatori dell'Università della Danimarca meridionale hanno condotto simulazioni di particelle di materia oscura che colpiscono la Terra. I fisici credono che la Terra si scontri con innumerevoli particelle di materia oscura mentre sfreccia nello spazio. Sebbene nessuno abbia mai visto queste misteriose particelle, non c'è dubbio tra i fisici sulla loro esistenza. I ricercatori hanno installato rilevatori in tutto il mondo nella speranza di rilevarli.

Le particelle di materia oscura possono penetrare in tutte le altre forme di materia, il che significa che potrebbero persino essere in grado di attraversare la Terra senza perdere alcuna energia. D'altra parte, il loro impatto con l'ordinario può ostacolarli leggermente, con conseguente perdita di energia.

"Semplicemente non lo sappiamo, e questo sicuramente non rende più facile cercarli, " ha detto Timon Emken, un dottorato di ricerca studente presso il Center for Cosmology and Particle Physics Phenomenology (CP3) presso l'Università della Danimarca meridionale. Per saperne di più su come le particelle di materia oscura reagiscono con la materia normale, Emken ha chiesto l'aiuto di un supercomputer. Il risultato è stato un programma in grado di simulare la collisione di particelle di materia oscura con la Terra.

"Ora, Posso chiedere al computer di mostrarmi sullo schermo cosa succede quando una particella di materia oscura colpisce la Terra. Per esempio, Posso vedere sullo schermo quale traiettoria prenderebbe la particella quando colpisce la superficie del nostro pianeta fino a quando non se ne va di nuovo, " Lui ha spiegato.

La simulazione si chiama DaMaSCUS, e offre ai fisici di tutto il mondo una nuova opportunità per testare varie teorie. Il programma è disponibile gratuitamente, e il lavoro che ne è derivato è stato pubblicato sulla rivista JCAP .

Nel paradigma standard, le particelle di materia oscura attraversano la Terra con una probabilità molto bassa di interagire con gli atomi che compongono il pianeta. Però, i rilevatori sotterranei sono sintonizzati per fare proprio questo, cioè., per catturare eventi rari di collisioni di particelle di materia oscura con un atomo all'interno di un rivelatore.

"Ma cosa succede se le particelle di materia oscura non seguono il paradigma standard? E se in realtà interagiscono abbastanza fortemente con gli atomi ordinari, Quello, mentre attraversano la superficie della Terra e viaggiano sottoterra, perdono abbastanza energia per diventare non rilevabili? In quel caso, non li individueremo mai utilizzando tecniche standard, ", ha affermato il Professore Associato Chris Kouvaris del CP3.

Una delle cose che sta attualmente studiando è la possibilità che le particelle di materia oscura si diffondano in modo significativo mentre attraversano la Terra. Kouvaris ed Emken hanno usato DaMaSCUS per dimostrare come si sarebbe svolto uno scenario del genere. DaMaSCUS simula miliardi di particelle di materia oscura che penetrano nella Terra e si disperdono in modo significativo con atomi sotterranei, zigzagando dopo ogni singolo scontro.

"Se questo è il caso, le dispersioni sotterranee di particelle di materia oscura con atomi potrebbero far perdere alle particelle di materia oscura abbastanza energia da essere rilevabili nei rilevatori sotterranei che utilizziamo oggi".

La proposta di Kouvaris è quindi quella di adottare un approccio diverso alla ricerca delle particelle sfuggenti. Oggi, ci sono un certo numero di rivelatori situati a circa due chilometri sotto la superficie terrestre. Se la materia oscura interagisce debolmente con la materia ordinaria come fanno i neutrini, solo queste due particelle possono penetrare chilometri di crosta terrestre senza essere fermate. Così, i rilevatori di siti profondi eludono la contaminazione del segnale da radiazioni cosmiche e terrestri indesiderate e dal rumore di fondo.

Però, secondo Chris Kouvaris, se la materia oscura è luce, potrebbe effettivamente interagire fortemente con gli atomi ordinari, perdere energia sulla strada per il rilevatore, e questo può rendere i rilevatori di siti profondi incapaci di catturarlo.

"In quel caso, avrebbe più senso cercare segnali di materia oscura utilizzando rilevatori sulla superficie terrestre, " Egli ha detto.

Per superare il problema del rumore di fondo, suggerisce che invece di cercare di distinguere la materia oscura dal rumore di fondo, i ricercatori dovrebbero cercare un segnale variabile ogni giorno nei rilevatori di superficie oa bassa profondità.

Poiché la Terra si muove rispetto al centro della galassia, la materia oscura colpisce la Terra prevalentemente da una direzione. Però, a causa della rotazione della Terra attorno al proprio asse, Le particelle di materia oscura che provengono dalla direzione del vento di materia oscura percorrono distanze diverse durante le 24 ore di un giorno.

Maggiore è la distanza percorsa nel sottosuolo, maggiore è la probabilità di dispersione sotterranea. Questo è ciò che crea la variazione giornaliera del segnale. La posizione ottimale per sfruttare questo effetto è nell'emisfero australe a circa 40 gradi di latitudine, cioè in paesi come l'Argentina, Cile e Nuova Zelanda.

Utilizzando DaMaSCUS, Kouvaris ed Emken possono determinare con precisione l'ampiezza e la fase di questo segnale variabile quotidiano, che potrebbe portare alla scoperta della materia oscura, se questo scenario si rivela vero. Kouvaris sta ora collaborando con l'esperimento sulla materia oscura DAMIC, che ha un rilevatore portatile che potrebbe essere potenzialmente utilizzato per testare le teorie di Kouvaris. Nella nuova fase di DAMIC, il rilevatore portatile peserà 1 kg. È realizzato in silicio prodotto dall'azienda danese, TOPSIL.

Si pensa che il 27% dell'universo sia costituito da materia oscura. Gli scienziati credono che leghi insieme le galassie. Però, nessuno sa ancora veramente cosa sia la materia oscura.