Supercomputer pesa l’assione, Materia Oscura meno misteriosa

Circa il 95 per cento dell'Universo è fatto di materia oscura ed energia oscura, ma nonostante questo le particelle che compongono Materia ed Energia Oscura non sono comprese nel Modello Standard della Fisica, perché nessuno ha idea di quali siano. Da oggi però abbiamo un indizio importante: il peso dell'assione.

Pochi giorni fa vi abbiamo parlato di un nuovo modello della Fisica che potrebbe risolvere – fra gli altri – anche il mistero di Materia Oscura ed Energia Oscura, e che chiama in causa l'assione, un fermione che descriverebbe la Materia Oscura. Proprio l'assione è al centro di un'altra ricerca pubblicata su Nature.

Questa volta però c'è un dato di fatto: un gruppo di scienziati ha usato un supercomputer per pesare un assione, giungendo alla conclusione che questa particella misteriosa sarebbe 10 miliardi di volte più leggera di un elettrone. Un dato importante per le ricerche future, perché se l'informazione fosse corretta sarebbe un indizio per circoscrivere la ricerca di una prova diretta. Come ha spiegato Andreas Ringwald, a capo del gruppo di ricerca del Deutsches Elektronen-Synchrotron, "trovare una prova come questa sarebbe estremamente utile per sapere che tipo di massa cercare", abbreviando i tempi di una ricerca che altrimenti "potrebbe richiedere decenni".

Ringwald e i suoi colleghi hanno puntato l'attenzione sull'assione perché è opinione diffusa che la forma sconosciuta di materia presente nell'Universo possa essere costituita da poche particelle molto pesanti, o da molte estremamente leggere. Gli assioni rientrano nella seconda categoria. 

Si ipotizza che gli assioni abbiano una massa molto piccola, si muovano lentamente, non abbiano alcuna carica e interagiscano molto debolmente con l'altra materia. Ecco perché sarebbero tanto difficili da individuare. Tuttavia il fatto che possano interagire con l'altra materia significa che dovremmo essere in grado di rilevarli, a patto di utilizzare l'attrezzatura giusta, e che si sappia dove guardare. In questo senso la misurazione effettuata dai ricercatori tedeschi potrebbe essere un punto di svolta.

L'idea degli assioni come candidati per la Materia Oscura scaturisce da un ampliamento della cromodinamica quantistica (QCD – Quantum chromodynamics), ossia la teoria fisica che descrive l'interazione forte (una della quattro forze insieme a gravità e alle forze elettromagnetica e nucleare debole).

La cromodinamica quantistica predice l'esistenza di una particella che interagisce molto debolmente, la cui massa dipende dalla forza delle fluttuazioni quantistiche nel tessuto dello spazio-tempo. Se state pensando che questa descrizione sia un po' vaga e che trovarla sia un po' come cercare un ago in un pagliaio, avete perfettamente ragione.

Ecco dove entra in gioco il supercomputer JUQUEEN (BlueGene/Q), a cui il gruppo di ricerca ha dovuto fare ricorso per elaborare tutte le variabili necessarie a tracciare il profilo dell'assione. Il supercomputer ha calcolato che se gli assioni costituissero la maggior parte della Materia Oscura, allora dovrebbero avere una massa compresa fra 50 e 1500 micro-elettronvolt, il che li renderebbe 10 miliardi di volte più leggeri di un elettrone.

In altre parole, se la materia fosse distribuita uniformemente in tutto l'Universo, ogni centimetro cubo dell'Universo conterrebbe in media 10 milioni di assioni. La Materia Oscura tuttavia non sembra diffondersi in modo uniforme, ma in agglomerati, come in questa galassia che è composta per il 99,99 percento di Materia Oscura. Ciò significa che la nostra regione della Via Lattea potrebbe contenere 1 trilione di assioni per centimetro cubo.

Cosa succederà adesso? I fisici potranno provare o negare una volta per tutte l'esistenza degli assioni, quindi si scatenerà "una gara alla scoperta di queste particelle" come ha detto Zoltán Fodor dell'Università di Wuppertal in Germania, che ha preso parte al gruppo di lavoro. La partita è iniziata, speriamo che la Materia Oscura sia più vicina.