Due fisici teorici dell'Università della California, Davis ha un nuovo candidato per la materia oscura, e un possibile modo per rilevarlo. Hanno presentato il loro lavoro il 6 giugno alla conferenza Planck 2019 a Granada, Spagna ed è stato presentato per la pubblicazione.

Si pensa che la materia oscura costituisca poco più di un quarto del nostro universo, con la maggior parte del resto che è energia oscura ancora più misteriosa. Non può essere visto direttamente, ma la presenza della materia oscura può essere rilevata perché la sua gravità determina la forma di galassie lontane e altri oggetti.

Molti fisici credono che la materia oscura sia costituita da qualche particella ancora da scoprire. Per un po 'di tempo, il candidato preferito è stato la Particella Massiva a Interazione Debole o WIMP. Ma nonostante anni di sforzi, Finora le WIMP non sono state mostrate negli esperimenti progettati per rilevarle.

"Ancora non sappiamo cosa sia la materia oscura, " ha detto John Terning, professore di fisica alla UC Davis e coautore dell'articolo. "Il candidato principale per lungo tempo è stato il WIMP, ma sembra che sia quasi del tutto escluso".

Un'alternativa al modello WIMP della materia oscura richiede una forma di "elettromagnetismo oscuro" che includa "fotoni oscuri" e altre particelle. I fotoni oscuri avrebbero un accoppiamento debole con i fotoni "regolari".

Nel loro nuovo documento, Terning e il ricercatore post-dottorato Christopher Verhaaren aggiungono una svolta a questa idea:un "monopolo" magnetico oscuro che interagirebbe con il fotone oscuro.

Nel mondo macroscopico, i magneti hanno sempre due poli, Nord e Sud. Un monopolo è una particella che agisce come l'estremità di un magnete. I monopoli sono previsti dalla teoria quantistica, ma non sono mai stati osservati in un esperimento. Gli scienziati suggeriscono che i monopoli oscuri interagirebbero con i fotoni oscuri e gli elettroni oscuri nello stesso modo in cui la teoria prevede che gli elettroni ei fotoni interagiscono con i monopoli.

Un nuovo modo per rilevare la materia oscura

E questo implica un modo per rilevare queste particelle oscure. Il fisico Paul Dirac predisse che un elettrone che si muovesse in un cerchio vicino a un monopolo avrebbe rilevato un cambiamento di fase nella sua funzione d'onda. Poiché gli elettroni esistono sia come particelle che come onde nella teoria quantistica, lo stesso elettrone potrebbe passare su entrambi i lati del monopolo e di conseguenza essere leggermente sfasato sull'altro lato.

Questo schema di interferenza, chiamato effetto Aharonov-Bohm, significa che un elettrone che passa attorno a un campo magnetico ne è influenzato, anche se non passa attraverso il campo stesso.

Terning e Verhaaren sostengono che potresti rilevare un monopolo oscuro a causa del modo in cui sposta la fase degli elettroni mentre passano.

"Questo è un nuovo tipo di materia oscura, ma ha anche un nuovo modo di cercarlo, " ha detto Terning.

I fasci di elettroni sono relativamente facili da ottenere:i microscopi elettronici sono stati usati per dimostrare l'effetto Aharonov-Bohm negli anni '60, e la tecnologia del fascio di elettroni è migliorata nel tempo, Terning ha notato.

Teoricamente, le particelle di materia oscura ci attraversano continuamente. Per essere rilevabile nel modello di Terning e Verhaaren, i monopoli dovrebbero essere eccitati dal Sole. Quindi impiegherebbero circa un mese per raggiungere la Terra, viaggiando a circa un millesimo della velocità della luce.

D'altra parte, lo sfasamento previsto è estremamente piccolo, inferiore a quello necessario per rilevare le onde gravitazionali, Per esempio. Però, Terning ha notato che quando l'esperimento delle onde gravitazionali LIGO è stato proposto per la prima volta, la tecnologia per farlo funzionare non esisteva, invece, tecnologia acquisita nel tempo.