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In teoria, i fisici che si occupano di ricercare la materia oscura potrebbero andare a caccia della materia o dell’ antimateria generata dalla sostanza: “In molti modelli, la materia oscura è la sua stessa antiparticella, oppure esistono quantità uguali di materia oscura e anti-materia oscura – racconta il fisico Tim Linden dell’Università di Stoccolma, in Svezia, che non ha partecipato all’esperimento all’Lhc –. In entrambi i casi, l’annichilazione della materia oscura tende a generare un numero uguale di antiparticelle e particelle“.
Tuttavia, anche le stelle e altri corpi astrofisici che non hanno alcun legame con la materia oscura producono molte particelle di materia extraterrestre, aggiunge Linden, un aspetto che rende difficile identificarne l’origine. Detto questo, è più probabile che le particelle di antimateria rilevate nello spazio provengano dalla materia oscura.
L’entusiasmo intorno alla possibilità che l’antimateria rappresenti una “firma” della materia oscura è cresciuto a causa di un annuncio di alcuni astrofisici arrivato nel 2016. All’epoca, i ricercatori responsabili dell’Alpha magnetic spectrometer (Ams), una strumentazione presente sulla Stazione spaziale internazionale, comunicarono di essere probabilmente riusciti a rilevare otto nuclei di antielio. Anche se il risultato non venne mai pubblicato formalmente e ancora oggi i ricercatori definiscano il segnale registrato come “provvisorio“, l’annuncio “ha ispirato uno sforzo volto a capire come il segnale è riuscito ad arrivare qui, nel caso fosse reale“, dice Linden.
Settore galvanizzato
L’esperimento e l’analisi dell’Lhc sono significativi perché hanno alimentato la fiducia del settore rispetto alla possibilità di rilevare l’antielio nello spazio come strategia per trovare la materia oscura. Dopo aver prodotto i nuclei nel rilevatore, il team di Vorobyev ha analizzato la probabilità che l’antielio si rompa o si annichilisca con la materia normale mentre si muove attraverso la macchina. Gli scienziati hanno quindi usato i risultati per simulare un modello della Via Lattea e stimare la probabilità che i nuclei di antielio, provenienti da decine di migliaia di anni luce di distanza, raggiungessero la Terra. Anche se lo spazio è relativamente vuoto, mentre l’antielio attraversa la galassia in direzione del nostro pianeta c’è comunque la possibilità che questi nuclei si distruggano scontrandosi con nubi di gas.
I risultati sono promettenti: “Abbiamo visto che la metà [dei nuclei, ndr] sopravviverà al viaggio verso i rivelatori vicini alla Terra“, spiega Vorobyev. Questo significa che ci sono buone possibilità che prima o poi i rilevatori di antimateria riusciranno a rilevare una particella di antielio in viaggio. L’Ams, che ha registrato i presunti segnali annunciati nel 2016, non ha smesso di cercare. Alla fine del 2023, nell’atmosfera antartica dovrebbe essere lanciato un nuovo strumento, il General antiparticle spectrometer, che verrà usato per cercare l’antielio e altre particelle a un’altitudine di circa 40 chilometri.
Il nuovo lavoro illustra quanto possa essere tortuoso e incerto il processo scientifico. Per affrontare una questione ampia come quella della materia oscura, i teorici hanno dovuto pensare a come i ricercatori avrebbero potuto rilevarla sulla Terra. I responsabili degli esperimenti hanno poi dovuto eseguire test come quello di Vorobyev per verificare le idee dei teorici. Gli astrofisici, quindi, hanno costruito gli strumenti per cercare i segnali lasciati dall’antimateria. Ora i filoni si stanno unendo, almeno per quanto riguarda la ricerca della materia oscura sulla base dell’antielio: “È un’ottimo esempio di comunità diverse che si uniscono per cercare di trovare risposte a problemi davvero difficili“, sottolinea Linden.
Ma queste comunità hanno ancora parecchio lavoro davanti. I teorici come Linden stanno ancora cercando di capire come la materia oscura possa generare l’antielio. Gli astrofisici devono osservare i segnali della sostanza provenienti dallo spazio ed eventualmente verificare che le antiparticelle siano in linea con le previsioni dei teorici sulla materia oscura. L’esperimento Alice pone le basi per un nuovo approccio alla soluzione del mistero della materia oscura, ma per i fisici c’è ancora molto da esplorare.
