Ora che hanno identificato il bosone di Higgs, gli scienziati del Large Hadron Collider hanno messo gli occhi su un obiettivo ancora più sfuggente.

Tutto intorno a noi c'è materia oscura ed energia oscura, la materia invisibile che tiene insieme la galassia, ma che nessuno è stato in grado di rilevare direttamente. "Sappiamo per certo che c'è un mondo oscuro, e c'è più energia in esso di quanta ce ne sia nella nostra, " ha detto LianTao Wang, un professore di fisica dell'Università di Chicago che studia come trovare segnali in grandi acceleratori di particelle come l'LHC.

Wang, insieme a scienziati dell'Università e del Fermilab affiliato a UChicago, pensano che potrebbero essere in grado di condurci sulle sue tracce; in un articolo pubblicato il 3 aprile in Lettere di revisione fisica , hanno messo a punto un metodo innovativo per inseguire la materia oscura nell'LHC sfruttando la velocità leggermente inferiore di una potenziale particella.

Mentre il mondo oscuro costituisce più del 95% dell'universo, gli scienziati sanno che esiste solo dai suoi effetti, come un poltergeist che puoi vedere solo quando spinge qualcosa da uno scaffale. Per esempio, sappiamo che c'è materia oscura perché possiamo vedere la gravità agire su di essa:aiuta a impedire alle nostre galassie di volare via.

I teorici pensano che ci sia un particolare tipo di particella oscura che interagisce solo occasionalmente con la materia normale. Sarebbe più pesante e più longevo di altre particelle conosciute, con una durata fino a un decimo di secondo. Un paio di volte in un decennio, i ricercatori credono, questa particella può rimanere coinvolta nelle collisioni di protoni che LHC crea e misura costantemente.

"Una possibilità particolarmente interessante è che queste particelle oscure di lunga durata siano in qualche modo accoppiate al bosone di Higgs, che l'Higgs sia in realtà un portale per il mondo oscuro, " ha detto Wang, riferendosi all'ultima particella di controllo nella grande teoria dei fisici su come funziona l'universo, scoperto all'LHC nel 2012. "È possibile che l'Higgs possa effettivamente decadere in queste particelle di lunga durata".

L'unico problema è separare questi eventi dal resto; ci sono più di un miliardo di collisioni al secondo nell'LHC di 27 chilometri, e ognuno di questi invia pula subatomica che spruzza in tutte le direzioni.

Wang, Il borsista post-dottorato di Chicago Jia Liu e lo scienziato del Fermilab Zhen Liu (ora all'Università del Maryland) hanno proposto un nuovo modo di cercare sfruttando un aspetto particolare di tale particella oscura. "Se è così pesante, costa energia per produrre, quindi il suo momento non sarebbe grande - si muoverebbe più lentamente della velocità della luce, " disse Liù, il primo autore dello studio.

Quel ritardo lo distinguerebbe da tutto il resto delle particelle normali. Gli scienziati dovrebbero solo modificare il sistema per cercare le particelle che vengono prodotte e poi decadono un po' più lentamente di qualsiasi altra cosa.

La differenza è dell'ordine di un nanosecondo, un miliardesimo di secondo, o meno. Ma l'LHC ha già rivelatori abbastanza sofisticati da cogliere questa differenza; uno studio recente che utilizza i dati raccolti dall'ultima esecuzione e ha scoperto che il metodo dovrebbe funzionare, inoltre i rilevatori diventeranno ancora più sensibili come parte dell'aggiornamento attualmente in corso.

"Prevediamo che questo metodo aumenterà la nostra sensibilità alle particelle oscure di lunga durata di oltre un ordine di grandezza, utilizzando le capacità che abbiamo già all'LHC, " ha detto Liù.

Gli sperimentali stanno già lavorando per costruire la trappola:quando l'LHC si riaccenderà nel 2021, dopo averne decuplicato la luminosità, tutti e tre i principali rilevatori implementeranno il nuovo sistema, hanno detto gli scienziati. "Pensiamo che abbia un grande potenziale di scoperta, " ha detto Liù.

"Se la particella è lì, dobbiamo solo trovare un modo per tirarlo fuori, " Wang ha detto. "Di solito, la chiave è trovare la domanda da porre."