Tutte le particelle elementari conosciute hanno cariche elettriche che sono multipli interi di un terzo della carica dell'elettrone. Ma alcune teorie prevedono l'esistenza di particelle elementari "millicaricate" che avrebbero una carica molto più piccola della carica dell'elettrone e potrebbero spiegare la sfuggente materia oscura che riempie l'universo. Un team internazionale di ricercatori ha ora riportato la prima ricerca al Large Hadron Collider (LHC) - e più in generale a qualsiasi collisore di adroni - per particelle elementari con cariche inferiori a un decimo della carica dell'elettrone.

Molti studi precedenti hanno provato e fallito a trovare particelle millicaricate, sia direttamente, negli esperimenti con e senza collisione, e indirettamente, utilizzando osservazioni astronomiche. Ma le particelle millicaricate con masse comprese tra circa 1 miliardo di elettronvolt (GeV) e 100 GeV rimangono in gran parte inesplorate a causa della mancanza di sensibilità dei rilevatori di corrente a tali particelle.

È qui che un rivelatore proposto chiamato milliQan potrebbe fare la differenza. Il rivelatore sarebbe sensibile a particelle millicaricate da 1-100 GeV prodotte in collisioni protone-protone all'LHC, attraverso il lampo di luce creato al suo interno dal passaggio di tale particella. Il rilevatore deve ancora essere approvato, e se approvato poi costruito, ma un rivelatore dimostratore che è solo l'1% del rivelatore completo ed è stato installato all'LHC nel 2017 e ha raccolto dati nel 2018 ha ora fornito risultati promettenti.

I dati rilevati dal dimostratore milliQan escludono l'esistenza di particelle millicaricate con massa compresa tra 20 e 4700 MeV per cariche variabili tra 0,006 e 0,3 volte la carica dell'elettrone, a seconda della massa. I risultati sono coerenti con quelli ottenuti in precedenza da altri esperimenti e rappresentano la prima avventura di un collisore di adroni nel territorio di particelle con una carica inferiore a 0,1 volte la carica dell'elettrone.

"Siamo molto soddisfatti di questi risultati del dimostratore. Ha certamente raggiunto l'obiettivo originale di fornire feedback sul nostro design e darci esperienza con il suo funzionamento, ma dimostrare che con solo un prototipo all'1% eravamo già in grado di porre nuovi vincoli alle proprietà delle particelle millicaricate è stato un bel vantaggio. Ora siamo abbastanza fiduciosi che il rivelatore milliQan a grandezza naturale funzionerà come previsto, e non vediamo l'ora di ottenere i finanziamenti per far sì che ciò accada, "dice Chris Hill, co-portavoce della collaborazione milliQan.