I fisici dell'Università di Stoccolma e del Max Planck Institute for Physics si sono rivolti ai plasmi in una proposta che potrebbe rivoluzionare la ricerca della sfuggente materia oscura.

La materia oscura costituisce l'85% della materia nell'universo. Introdotto originariamente per spiegare perché la forza forte, che tiene insieme protoni e neutroni, è lo stesso avanti e indietro nel tempo, il cosiddetto axion fornirebbe una spiegazione naturale per la materia oscura. Piuttosto che particelle discrete, la materia oscura assionista formerebbe un'onda pervasiva che scorre attraverso lo spazio.

L'assione è una delle migliori spiegazioni per la materia oscura, ma solo di recente è stato al centro di sforzi sperimentali su larga scala. Ora, c'è fretta di trovare nuove idee per trovare l'axion in tutte le aree in cui potrebbe nascondersi.

"Trovare l'assone è un po' come sintonizzare una radio:devi sintonizzare l'antenna finché non prendi la frequenza giusta. Piuttosto che la musica, gli sperimentatori sarebbero ricompensati con l'"ascoltare" la materia oscura attraverso la quale sta viaggiando la Terra. Pur essendo ben motivato, gli assioni sono stati trascurati sperimentalmente durante i tre decenni da quando sono stati nominati dal coautore Frank Wilczek, " dice il dottor Alexander Millar presso il Dipartimento di Fisica, Università di Stoccolma, e autore dello studio.

L'intuizione chiave del nuovo studio del gruppo di ricerca è che all'interno di un campo magnetico, gli assioni genererebbero un piccolo campo elettrico che potrebbe essere utilizzato per guidare le oscillazioni nel plasma. In un plasma, le particelle cariche come gli elettroni possono fluire liberamente come un fluido. Queste oscillazioni amplificano il segnale, portando a una migliore "radio axion". A differenza degli esperimenti tradizionali basati su cavità risonanti, non c'è quasi limite a quanto possono essere grandi questi plasmi, fornendo così un segnale più ampio. La differenza è un po' come la differenza tra un walkie talkie e una torre di trasmissione radio.

"Senza il plasma freddo, gli assioni non possono convertirsi in modo efficiente in luce. Il plasma svolge un duplice ruolo, sia creando un ambiente che consenta una conversione efficiente, e fornendo un plasmone risonante per raccogliere l'energia della materia oscura convertita, "dice il dottor Matthew Lawson, Postdoctor presso il Dipartimento di Fisica, Università di Stoccolma, anche autore dello studio.

"Questo è un modo totalmente nuovo di cercare la materia oscura, e ci aiuterà a cercare uno dei candidati più potenti per la materia oscura in aree completamente inesplorate. Costruire un plasma sintonizzabile ci permetterebbe di fare esperimenti molto più grandi delle tecniche tradizionali, dando segnali molto più forti alle alte frequenze, " dice il dottor Alexander Millar.

Per sintonizzare questa "radio axion, " gli autori propongono di utilizzare qualcosa chiamato "metamateriale metallico, " un sistema di fili più sottili dei capelli che possono essere spostati per cambiare la frequenza caratteristica del plasma. All'interno di un grande, potente magnete, simili a quelli utilizzati nelle macchine per la risonanza magnetica negli ospedali, un filo di metamateriale si trasforma in una radio ad assioni molto sensibile.

In stretta collaborazione con i ricercatori, un gruppo sperimentale a Berkeley ha fatto ricerca e sviluppo sul concetto con l'intento di costruire un simile esperimento nel prossimo futuro.

"Gli aloscopi al plasma sono una delle poche idee per cercare gli assioni in questo spazio di parametri. Il fatto che la comunità sperimentale si sia agganciata a questa idea così rapidamente è molto eccitante e promettente per la costruzione di un esperimento su vasta scala, " dice il dottor Alexander Millar.