I misteri profondi dell'antimateria e della materia oscura potrebbero essere collegati? Pensando che potrebbero essere, scienziati della collaborazione internazionale BASE, guidato da Stefan Ulmer del RIKEN Cluster for Pioneering Research, e i collaboratori hanno eseguito i primi esperimenti di laboratorio per determinare se un modo leggermente diverso in cui materia e antimateria interagiscono con la materia oscura potrebbe essere una chiave per risolvere entrambi i misteri.

La materia oscura e l'antimateria sono entrambi problemi fastidiosi per i fisici che cercano di capire come funziona il nostro mondo a un livello fondamentale.

Il problema con l'antimateria è che sebbene il Big Bang avrebbe dovuto creare uguali quantità di materia e antimateria, l'universo osservabile è fatto solo di materia. L'antimateria viene creata ogni giorno da esperimenti e da processi naturali come fulmini, ma si annichilisce rapidamente nelle collisioni con la materia regolare. Le previsioni mostrano che la nostra comprensione del contenuto di materia dell'universo è sbagliata di nove ordini di grandezza, e nessuno sa perché esiste l'asimmetria.

Nel caso della materia oscura, è noto dalle osservazioni astronomiche che qualche massa sconosciuta sta influenzando le orbite delle stelle nelle galassie, ma le proprietà microscopiche esatte di queste particelle rimangono sconosciute. Una teoria è che siano un tipo di ipotetica particella nota come assione, che ha un ruolo importante nello spiegare la mancanza di violazione di simmetria nell'interazione forte nel modello standard della fisica delle particelle.

I collaboratori del gruppo BASE si sono chiesti se la mancanza di antimateria potrebbe essere dovuta al fatto che interagisce in modo diverso con la materia oscura, e deciso di testare questo. Per l'esperimento, hanno usato un dispositivo appositamente progettato, chiamata trappola Penning, intrappolare magneticamente un singolo antiprotone, impedendole di entrare in contatto con la materia ordinaria e di annullarsi. Hanno quindi misurato una proprietà dell'antiprotone chiamata frequenza di precessione di spin. Normalmente, questo dovrebbe essere costante in un dato campo magnetico, e una modulazione di questa frequenza potrebbe essere spiegata da un effetto mediato da particelle simili ad assioni, che sono ipotizzati candidati alla materia oscura.

Primo autore dello studio, Christian Smorra, dice, "Per la prima volta, abbiamo cercato esplicitamente un'interazione tra materia oscura e antimateria, e anche se non abbiamo trovato una differenza, stabiliamo un nuovo limite superiore per la potenziale interazione tra materia oscura e antimateria".

Guardando al futuro, Stefan Ulmer del Cluster RIKEN per la ricerca pionieristica, chi è portavoce della Collaborazione BASE, dice, "Da ora in poi, abbiamo in programma di migliorare ulteriormente l'accuratezza delle nostre misurazioni della frequenza di precessione di spin dell'antiprotone, permettendoci di impostare vincoli più stringenti sull'invarianza fondamentale della carica, parità e tempo, e per rendere ancora più sensibile la ricerca della materia oscura."

L'opera è stata pubblicata in Natura .