La maggior parte delle persone che ricevono uno stipendio può essere abbastanza sicura che l'argomento del loro lavoro esista davvero. I fisici che studiano la materia oscura differiscono dalla maggior parte delle persone in questo senso. Indipendentemente, giovani scienziati di talento continuano a dedicare la loro carriera all'argomento. Come mai?

Non è che la materia oscura stia aspettando di essere scoperta. Lontano da esso, la materia oscura come fenomeno è saldamente stabilita, e abbiamo molte prove convincenti che suggeriscono che è cinque volte più abbondante della sua brillante controparte.

Piuttosto, il problema è che l'enorme quantità di prove per la materia oscura dipende interamente dagli effetti gravitazionali. Se si scopre che la gravità agisce in modo molto più strano di quanto immaginato da Newton, gli effetti che attribuiamo a una particella di materia oscura, potrebbe essere un miraggio. E potremmo essere costretti a respingere l'intera ipotesi della materia oscura nell'albo d'oro delle teorie scientifiche obsolete.

Per confermare finalmente il nostro paradigma, i devoti della materia oscura come me hanno bisogno di catturare o creare una particella di materia oscura, così possiamo dimostrare, una volta per tutte, che la materia oscura in realtà è fatta di materia.

Tutto va al buio

Così, comunque che aspetto ha la materia oscura? Bene, dipende dalle tue preferenze.

La diversità dei candidati ipotizzati per la materia oscura è davvero sbalorditiva. I contendenti seri includono particelle con raggi grandi quanto le galassie, così come particelle ultraminuscole con raggi un quadrilione (15 zeri) volte più piccoli del protone.

Non deve nemmeno essere costituito da particelle, la materia oscura potrebbe essere piccole perforazioni nel tessuto dello spazio e del tempo chiamate buchi neri primordiali.

Qualsiasi esperimento che intenda trovare la materia oscura deve quindi prima scegliere un'ipotesi e procedere per dimostrarla o confutarla.

Però, la lista di controllo dei candidati è molto lunga, e molte idee non possono essere testate sperimentalmente con la tecnologia attuale.

Il solito sospettato è un WIMP

La fisica delle particelle ha una lunga e orgogliosa tradizione di dare nomi stupidi a particelle ipotetiche. Un esempio particolarmente stupido è la particella nota come WIMP, quale, nonostante il nome, è uno dei candidati più forti per la materia oscura.

Il nome dal suono strano è in realtà un acronimo per le proprietà della particella:Weakly Interacting Massive Particle. Significa che la particella è massiccia quindi gravita verso altre particelle o oggetti, ma interagisce solo debolmente con il nostro mondo visibile.

Nella primissima frazione di secondo dopo il Big Bang, il nostro Universo una volta era incredibilmente caldo e denso. Questa zuppa primordiale è il luogo in cui è avvenuta la presunta nascita delle WIMP. Armati della conoscenza di come il nostro Universo si è espanso e si è raffreddato, possiamo calcolare con precisione il numero di WIMP che si sono formati in queste condizioni.

Sorprendentemente, questo calcolo ci lascia con un numero di WIMP che corrisponde da vicino alla quantità osservata di materia oscura. In altre parole, postuliamo una particella con le proprietà che ci aspettiamo di trovare nella materia oscura, e senza ulteriori ipotesi, la nostra conoscenza della storia dell'Universo significa che si presenta nella giusta quantità. Bene, questo sembra troppo bello per non essere vero.

I miracoli non accadono, Giusto?

Questa incredibile coincidenza di numeri è ciò che i sostenitori del WIMP chiamano con zelo "il miracolo WIMP". Miracolo è forse una parola troppo forte, ma il paradigma WIMP fornisce una spiegazione molto semplice che può spiegare tutta la materia oscura in una volta, e quindi supera la prova del rasoio di Occam:le teorie con il minor numero di assunzioni hanno maggiori probabilità di essere corrette.

Ma ciò che è ancora meglio della sua semplicità è che è testabile. Le stesse interazioni responsabili della creazione delle WIMP in primo luogo, ci permettono di costruire esperimenti per trovarli, i cosiddetti "rilevatori diretti".

Purtroppo, i rilevatori costruiti per trovare le WIMP non hanno trovato nulla. E finora, sembra che "il miracolo WIMP" ci abbia portato in una caccia all'oca lunga decenni.

I fisici sperano ancora di scoprire il WIMP, ma se alla fine si presenta, sembrerebbe certamente diverso da quello che avevamo immaginato.

D'altra parte, se il WIMP non si presenta mai, gli esperimenti di rilevamento diretto avranno depennato alcuni contendenti dalla lista di controllo, anche se a caro prezzo. Ma, come bonus aggiuntivo, la ricerca di WIMP ha portato la tecnologia dei rilevatori a livelli impressionanti. Alcuni di questi progressi sono già stati riproposti in altri rami della fisica, come la fisica dei neutrini. Quindi, anche con un risultato negativo nella sua missione primaria, lo sforzo per trovare il WIMP non è stato vano.

Il rasoio di Occam non sempre lo taglia

La parte visibile del nostro Universo è costituita da un elenco molto limitato di ingredienti:quark, leptoni (come elettroni e neutrini), e quattro forze che consentono alle particelle di interagire. Da questi modesti blocchi da costruzione deriva tutta la diversità:dalle stelle nel cielo, alla vita sulla Terra:tutto può essere ridotto a complicate configurazioni di questi semplici costituenti.

Non c'è una ragione fondamentale per cui la parte oscura del nostro mondo dovrebbe essere meno diversa della parte visibile. Si può persino immaginare che la materia oscura si unisca in stelle oscure, pianeti, e la vita, che esistono completamente isolati dal nostro mondo. A loro, noi siamo la materia oscura.

Però, progettare esperimenti per cercare la materia oscura è una questione pratica, ed è difficile cercare più di una cosa alla volta. Perciò, tendiamo ad attenerci al rasoio di Occam e cerchiamo di trovare le risposte più semplici possibili alla domanda sulla materia oscura.

Sfortunatamente, Il rasoio di Occam non è un teorema matematico, e alla natura non importa quanto siano "probabili" le varie teorie secondo i fisici. In verità, i nostri modelli semplificati di materia oscura possono lasciare il posto a una realtà molto più complessa e disordinata.

In questo caso, non vedremo mai una grande scoperta della materia oscura, ma una comprensione graduale di piccoli pezzi di un enorme puzzle.

Pensiamo ancora che la materia oscura sia fatta di particelle che gravitano, ma l'unica cosa che sappiamo per certo, è che sarà un argomento per i fisici per molti anni a venire.

Non c'è assolutamente alcuna garanzia che scopriremo una particella di materia oscura. Ma potremmo. E questo potrebbe cambiare la nostra comprensione di tutto.

Questa storia è stata ripubblicata per gentile concessione di ScienceNordic, la fonte affidabile per le notizie scientifiche in lingua inglese dai paesi nordici. Leggi la storia originale qui.