Un esperimento ad alta precisione condotto da TU Wien ha mirato a individuare i "campi di simmetroni" finora ipotetici utilizzando la sorgente di neutroni ultrafreddi PF2 presso l'Institut Laue-Langevin in Francia. L'esistenza dei simmetroni potrebbe fornire una spiegazione per la misteriosa energia oscura.

Una cosa è certa:c'è qualcosa là fuori che ancora non sappiamo. Da anni ormai gli scienziati sono alla ricerca di "materia oscura" o "energia oscura:con il nostro attuale inventario di particelle e forze in natura non siamo in grado di spiegare i principali fenomeni cosmologici, come il motivo per cui l'universo si sta espandendo a un ritmo sempre più veloce.

Sono state suggerite nuove teorie per "energia oscura". Uno dei candidati è il cosiddetto "campo di simmetron, " che si dice pervada lo spazio in modo molto simile al campo di Higgs. Al TU Vienna i ricercatori hanno sviluppato un esperimento in grado di misurare forze estremamente piccole con l'aiuto di neutroni. Le misurazioni sono state effettuate durante una campagna di 100 giorni presso l'Institut Laue-Langevin , sulla sua sorgente di neutroni ultrafreddi PF2. Avrebbero potuto fornire indicazioni sui misteriosi simmetroni, ma le particelle non sono apparse. Sebbene questa non sia la fine della teoria, almeno esclude la possibilità che i simmetroni esistano in un'ampia gamma di parametri e l'"energia oscura" dovrà essere spiegata in modo diverso.

Il simmetrone, il fratellino del bosone di Higgs?

Secondo Hartmut Abele, scienziato capo del progetto, la teoria del simmetrone sarebbe una spiegazione particolarmente elegante per la materia oscura. "Abbiamo già la prova del campo di Higgs, e il campo del simmetrone è strettamente correlato." Tuttavia, come con la particella di Higgs la cui massa non era nota fino a quando non fu confermata l'esistenza della particella, le proprietà fisiche dei simmetroni non possono essere previste con precisione.

Abele spiega, "Nessuno può dire quale sia la massa dei simmetroni, né quanto fortemente interagiscono con la materia normale. Ecco perché è così difficile provare la loro esistenza sperimentalmente, o la loro non esistenza." L'esistenza dei simmetroni può essere confermata o confutata solo all'interno di un certo intervallo di parametri:simmetroni, in altre parole, con massa o costanti di accoppiamento in un determinato intervallo di valori.

Gli scienziati stanno quindi procedendo con cautela, da un esperimento all'altro, testare diversi intervalli di parametri. Era già chiaro che si potevano escludere diversi intervalli. I simmetri ad esempio con massa elevata e costanti di accoppiamento basse non possono esistere, come si sarebbero già manifestati a livello atomico. Le indagini sull'atomo di idrogeno avrebbero dato risultati diversi. Allo stesso modo, si possono escludere anche simmetri in un certo intervallo con costanti di accoppiamento molto elevate, poiché sarebbero già stati rilevati in altri esperimenti utilizzando pendula massiccia.

Utilizzo di neutroni come sensori di forza presso la sorgente di neutroni dell'Institut Laue-Langevin

Detto ciò, c'era ancora molto spazio per ammettere l'esistenza di simmetroni, e questo è ciò che il team ha ora studiato nell'esperimento. Un flusso di neutroni estremamente lenti è stato sparato tra due superfici di specchi. I neutroni possono essere trovati in due diversi stati fisici quantistici. Le energie di questi stati dipendono dalle forze esercitate sul neutrone, e questo è ciò che rende il neutrone un rivelatore di forza così sensibile. Se la forza che agisce sul neutrone appena sopra la superficie dello specchio è diversa dalla forza più in alto, questo sarebbe un forte indicatore dell'esistenza di un campo di simmetrone. Mario Pitschmann della TU Vienna, Philippe Brax del CEA vicino a Parigi e Guillaume Pignol dell'LPSC di Grenoble hanno calcolato l'influenza di un campo di simmetrone sul neutrone. Questo effetto, però, non si può osservare, nonostante l'estrema precisione della misurazione.

La precisione della misurazione della differenza di energia è di circa 2x10 ^-15 elettronvolt (un dato dovuto alla dissertazione di Gunther Cronenberg). Questa è l'energia necessaria per sollevare un singolo elettrone nel campo gravitazionale terrestre di una distanza di circa 30 micrometri, che è una quantità di energia inimmaginabilmente piccola.

I neutroni ultrafreddi necessari per l'esperimento sono stati generati e consegnati dallo strumento PF2 dell'Institut Laue-Langevin. "Con il suo ineguagliabile flusso di neutroni ultrafreddi, PF2 è praticamente l'unico strumento disponibile per questo tipo di misurazione ad alta precisione a velocità di conteggio estremamente basse, " dice Tobias Jenke. Jenke ha svolto un ruolo importante nello sviluppo dell'esperimento TU Vienna. Ora è, insieme a Peter Geltenbort, responsabile della sorgente di neutroni freddi dell'Institut Laue-Langevin. L'Austria è un membro scientifico dell'Istituto e ha quindi accesso alla sua suite di strumenti. L'esperimento è un eccellente esempio di collaborazione scientifica tra ricercatori austriaci e francesi.

Per il momento le cose non sembrano troppo rosee per la teoria del simmetro, anche se è troppo presto per escluderne completamente l'esistenza. "Abbiamo escluso un ampio dominio di parametri:se ci fossero stati simmetroni con proprietà in questo dominio, li avremmo trovati". Per chiudere le restanti scappatoie, tuttavia, la scienza ha bisogno di misurazioni ancora migliori o di una scoperta importante che fornisca una soluzione completamente diversa al mistero dell'energia oscura.