Nuova ricerca di Chalmers, insieme al Politecnico di Zurigo, Svizzera, suggerisce un modo promettente per rilevare particelle sfuggenti di materia oscura attraverso risposte atomiche precedentemente inesplorate che si verificano nel materiale del rivelatore.

I nuovi calcoli consentono ai teorici di fare previsioni dettagliate sulla natura e la forza delle interazioni tra materia oscura ed elettroni, che prima non erano possibili.

"La nostra nuova ricerca su queste risposte atomiche rivela proprietà dei materiali che fino ad ora sono rimaste nascoste. Non potrebbero essere studiate utilizzando nessuna delle particelle a nostra disposizione oggi:solo la materia oscura potrebbe rivelarle, "dice Riccardo Catena, Professore Associato presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers.

Per ogni stella, galassia o nuvola di polvere visibile nello spazio, esiste cinque volte più materiale invisibile:la materia oscura. Scoprire modi per rilevare queste particelle sconosciute che formano una parte così significativa della Via Lattea è quindi una priorità assoluta nella fisica delle astroparticelle. Nella ricerca globale della materia oscura, grandi rivelatori sono stati costruiti in profondità nel sottosuolo per cercare di catturare le particelle mentre rimbalzano sui nuclei atomici.

Finora, queste misteriose particelle sono sfuggite al rilevamento. Secondo i ricercatori di Chalmers, una possibile spiegazione potrebbe essere che le particelle di materia oscura siano più leggere dei protoni, e quindi non provocare il rinculo dei nuclei:immaginate una pallina da ping pong che si scontra con una palla da bowling. Un modo promettente per superare questo problema potrebbe quindi essere quello di spostare l'attenzione dai nuclei agli elettroni, che sono molto più leggeri.

Nel loro recente articolo, i ricercatori descrivono come le particelle di materia oscura possono interagire con gli elettroni negli atomi. Suggeriscono che la velocità con cui la materia oscura può espellere gli elettroni dagli atomi dipende da quattro risposte atomiche indipendenti, tre delle quali precedentemente non identificate. Hanno calcolato i modi in cui gli elettroni negli atomi di argon e xenon, utilizzato nei più grandi rilevatori di oggi, dovrebbe rispondere alla materia oscura.

I risultati sono stati recentemente pubblicati sulla rivista Physical Review Research ed eseguiti nell'ambito di una nuova collaborazione con il fisico della materia condensata Nicola Spaldin e il suo gruppo all'ETH. Le loro previsioni possono ora essere testate negli osservatori sulla materia oscura in tutto il mondo.

"Abbiamo cercato di rimuovere il maggior numero possibile di barriere di accesso. Il documento è pubblicato su una rivista ad accesso completamente aperto e il codice scientifico per calcolare le nuove funzioni di risposta atomica è open source, per chiunque voglia dare un'occhiata "sotto il cofano" del nostro giornale, "dice Timon Emken, un ricercatore post-dottorato nel gruppo della materia oscura presso il Dipartimento di Fisica di Chalmers.