Per quasi un secolo, gli astronomi hanno ipotizzato che l'universo contenga più materia di quella che può essere osservata dall'occhio umano. Si ritiene ora che circa l'80% della massa dell'universo sia costituito da un tipo di materia che non emette luce o energia e che gli scienziati non siano ancora in grado di osservare direttamente, denominata materia oscura.

Mentre ora ci sono innumerevoli studi e teorie sulla materia oscura, non ci sono ancora prove sperimentali dirette a sostegno della sua esistenza. Diversi fisici hanno cercato di escogitare metodi per rilevare la materia oscura nell'universo, eppure tutti questi finora non hanno avuto successo.

Negli ultimi decenni, i ricercatori hanno iniziato a chiedersi come potrebbe essere rilevata la materia oscura, soprattutto considerando che è costituito da particelle molto più leggere dei protoni. Un modello che ha guadagnato notevole attenzione è quello che considera la materia oscura come una particella che ha una carica molto piccola in condizioni di normale elettromagnetismo.

Traendo ispirazione da questo modello, i ricercatori dello SLAC National Accelerator Laboratory in California hanno recentemente ideato una nuova strategia in grado di rilevare direttamente la materia oscura di particelle leggere che ha interazioni a lungo raggio con la materia ordinaria. La strategia che hanno escogitato, presentato in un articolo pubblicato in Lettere di revisione fisica , comporta distorcere il flusso locale di materia oscura con campi variabili nel tempo e misurare queste distorsioni utilizzando rivelatori risonanti schermati.

"Finora, la maggior parte delle idee su come rilevare le particelle di materia oscura si basano sul tentativo di rilevare piccole deposizioni di energia dalla diffusione della materia oscura in un rivelatore molto sensibile, "Asher Berlino, uno dei ricercatori che ha condotto lo studio, ha detto a Phys.org. "Recentemente io e i miei collaboratori ci siamo resi conto che esiste un meccanismo di rilevamento alternativo:invece di aspettare che la materia oscura depositi una piccola quantità di energia in un rilevatore tramite diffusione, è possibile manipolare direttamente le traiettorie delle singole particelle di materia oscura, impostare disturbi che possono poi essere misurati con rivelatori risonanti molto sensibili, simile alle radio di tutti i giorni."

In contrasto con la maggior parte delle strategie per rilevare la materia oscura introdotte in studi precedenti, la nuova strategia proposta da Berlin e dai suoi colleghi sfrutta l'effetto "collettivo" che potrebbero produrre molte singole particelle di materia oscura, piuttosto che l'effetto derivato da una singola particella di materia oscura. Di conseguenza, il loro metodo di rilevamento beneficia della piccola massa/momento della materia oscura leggera, in particolare se confrontato con tecniche che cercano di misurare la diffusione della materia oscura all'interno di un rivelatore, che in genere è molto più impegnativo se le particelle di materia oscura sono molto leggere.

"Abbiamo identificato un'alternativa potenzialmente promettente per rilevare la materia oscura simile a particelle sub-MeV senza fare affidamento sulla deposizione di energia dalla dispersione, " ha spiegato Berlino. "A questo punto, ogni nuova idea, compreso il nostro, potrebbe aprire la possibilità di scoprire con successo le particelle di materia oscura".

Nella loro carta, Berlin e i suoi colleghi hanno teoricamente applicato il loro schema di rilevamento di nuova concezione a particelle di materia oscura sub-MeV con cariche elettriche molto piccole o che sono accoppiate a un mediatore di vettori di luce. Le loro analisi suggeriscono che il loro approccio può sondare masse di materia oscura comprese tra 10 MeV e inferiori a un meV, così potenzialmente andando oltre ciò che le teorie precedenti e gli sforzi di rilevamento hanno raggiunto.

Mentre la strategia ideata dai ricercatori sembra promettente, è ancora puramente teorico. Negli anni a venire, però, il loro lavoro potrebbe informare lo sviluppo di nuovi strumenti per rilevare le particelle di materia oscura, che in ultima analisi aiuterebbe a determinare la validità e i possibili limiti del loro approccio.

"Nel futuro, abbiamo in programma di collaborare con sperimentatori interessati a costruire effettivamente un rivelatore del genere, "Berlin ha detto. "Abbiamo anche in programma di studiare idee di rilevamento correlate per altre possibili particelle di materia oscura che possiedono diversi tipi di interazioni con la materia normale".

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