La caccia alla materia oscura è una delle sfide più entusiasmanti che la fisica fondamentale del 21° secolo deve affrontare. I ricercatori sanno da tempo che deve esistere, come molte osservazioni astrofisiche sarebbero altrimenti impossibili da spiegare. Per esempio, le stelle ruotano molto più velocemente nelle galassie di quanto farebbero se esistesse solo materia "normale".

In totale, la questione che possiamo vedere solo conti per, al massimo, Il 20 percento della materia totale nell'universo, il che significa che un notevole 80 percento è materia oscura. "C'è un elefante nella stanza ma non riusciamo a vederlo, " ha detto il professor Dmitry Budker, ricercatore presso il PRISMA+ Cluster of Excellence della Johannes Gutenberg University Mainz (JGU) e l'Helmholtz Institute Mainz (HIM), spiegando il problema che lui e molti dei suoi colleghi in tutto il mondo stanno affrontando.

La materia oscura potrebbe essere costituita da particelle estremamente leggere

Ma finora nessuno sa di cosa sia fatta la materia oscura. Gli scienziati nel campo stanno considerando e ricercando un'intera gamma di possibili particelle che potrebbero teoricamente qualificarsi come candidate. Tra questi ci sono particelle bosoniche estremamente leggere, attualmente considerata una delle prospettive più promettenti. "Questi possono anche essere considerati come un campo classico che oscilla a una frequenza specifica. Ma non possiamo ancora dare una cifra su questo, e quindi sulla massa delle particelle, " ha spiegato Budker. "La nostra ipotesi di base è che questo campo di materia oscura è accoppiato alla materia visibile e ha un'influenza estremamente sottile su alcune proprietà atomiche che normalmente sarebbero costanti".

Budker e il suo team a Magonza hanno ora sviluppato un nuovo metodo che descrivono nell'ultimo numero della principale rivista specializzata Lettere di revisione fisica . Impiega la spettroscopia atomica e prevede l'uso del vapore dell'atomo di cesio. Solo in seguito all'esposizione alla luce laser di una lunghezza d'onda molto specifica questi atomi si eccitano. La congettura è che piccoli cambiamenti nella corrispondente lunghezza d'onda osservata indicherebbero l'accoppiamento del vapore di cesio con un campo di particelle di materia oscura.

"In linea di principio, il nostro lavoro si basa su un particolare modello teorico, le ipotesi di cui stiamo testando sperimentalmente, " ha aggiunto l'autore principale del documento, Dott. Dionysis Antypas. "In questo caso, il concetto alla base del nostro lavoro è il modello di rilassamento sviluppato dai nostri colleghi e coautori presso l'Istituto Weizmann in Israele." Secondo la teoria del rilassamento, ci deve essere una regione in prossimità di grandi masse come la Terra in cui la densità della materia oscura è maggiore, rendendo gli effetti di accoppiamento più facili da osservare e rilevare.

Intervallo di frequenza precedentemente inaccessibile cercato

Con la loro nuova tecnica, gli scienziati hanno ora accesso a una gamma di frequenze finora inesplorata in cui, come postulato nella teoria del rilassamento, gli effetti di certe forme di materia oscura sulle proprietà atomiche del cesio dovrebbero essere relativamente facili da individuare. I risultati consentono inoltre ai ricercatori di formulare nuove restrizioni su quale possa essere la natura della materia oscura. Dmitry Budker paragona questa meticolosa ricerca alla caccia a una tigre nel deserto. "Nella gamma di frequenze che abbiamo esplorato nel nostro lavoro attuale, non abbiamo ancora individuato la materia oscura. Ma almeno, ora che abbiamo cercato in questo intervallo, sappiamo che non dobbiamo rifarlo." I ricercatori non sanno ancora dove si nasconda la materia oscura, la tigre nella sua metafora, ma ora sanno dove non è. "Continuiamo a prendere di mira più da vicino la parte del deserto dove è più probabile che si trovi la tigre. E, ad un certo punto, lo prenderemo, " sostenne Budker con fiducia.