Un nuovo studio, condotto da ricercatori dell'Università di Cambridge e riportato sulla rivista Physical Review D, suggerisce che alcuni risultati inspiegabili dell'esperimento XENON1T in Italia potrebbero essere stati causati dall'energia oscura, e non dalla materia oscura che l'esperimento è stato progettato per rilevare.
Gli scienziati hanno costruito un modello fisico per aiutare a spiegare i risultati, che potrebbero aver avuto origine da particelle di energia oscura prodotte in una regione del Sole con forti campi magnetici, anche se saranno necessari esperimenti futuri per confermare questa spiegazione. I ricercatori dicono che il loro studio potrebbe essere un passo importante verso il rilevamento diretto dell'energia oscura.
Tutto ciò che i nostri occhi possono vedere nei cieli e nel nostro mondo quotidiano – dalle piccole lune alle galassie massicce, dalle formiche alle balene blu – costituisce meno del cinque per cento dell'universo. Il resto è buio. Circa il 27% è materia oscura – la forza invisibile che tiene insieme le galassie e la rete cosmica – mentre il 68% è energia oscura, che fa sì che l'universo si espanda ad un ritmo accelerato.
"Nonostante entrambi i componenti siano invisibili, sappiamo molto di più sulla materia oscura, dal momento che la sua esistenza è stata suggerita già nel 1920, mentre l'energia oscura non è stata scoperta fino al 1998", ha detto il dottor Sunny Vagnozzi del Kavli Institute for Cosmology di Cambridge, il primo autore dell'articolo. "Esperimenti su larga scala come XENON1T sono stati progettati per rilevare direttamente la materia oscura, cercando segni di materia oscura che 'colpisce' la materia ordinaria, ma l'energia oscura è ancora più sfuggente".
Per rilevare l'energia oscura, gli scienziati generalmente cercano interazioni gravitazionali. Circa un anno fa, l'esperimento XENON1T ha riportato un segnale inaspettato, o in eccesso, sullo sfondo previsto. "Questi tipi di eccessi sono spesso colpi di fortuna, ma di tanto in tanto possono anche portare a scoperte fondamentali", ha detto il dottor Luca Visinelli, ricercatore presso i Laboratori Nazionali di Frascati in Italia, co-autore dello studio. "Abbiamo esplorato un modello in cui questo segnale potrebbe essere attribuibile all'energia oscura, piuttosto che alla materia oscura che l'esperimento è stato originariamente concepito per rilevare".
A quel tempo, la spiegazione più popolare per l'eccesso erano gli assioni – ipotetiche particelle estremamente leggere – prodotte nel Sole. Tuttavia, questa spiegazione non regge alle osservazioni, poiché la quantità di assioni che sarebbe necessaria per spiegare il segnale XENON1T altererebbe drasticamente l'evoluzione di stelle molto più pesanti del Sole, in conflitto con ciò che osserviamo.
Siamo lontani dal comprendere appieno cosa sia l'energia oscura, ma la maggior parte dei modelli fisici per l'energia oscura porterebbe all'esistenza di una cosiddetta quinta forza. Ci sono quattro forze fondamentali nell'universo, e tutto ciò che non può essere spiegato da una di queste forze è a volte indicato come il risultato di una quinta forza sconosciuta.
Tuttavia, sappiamo che la teoria della gravità di Einstein funziona molto bene nell'universo locale. Pertanto, qualsiasi quinta forza associata all'energia oscura è indesiderata e deve essere "nascosta" o "schermata" quando si tratta di piccole scale, e può operare solo sulle scale più grandi in cui la teoria della gravità di Einstein non riesce a spiegare l'accelerazione dell'Universo. Per nascondere la quinta forza, molti modelli di energia oscura sono dotati dei cosiddetti meccanismi di screening, che nascondono dinamicamente la quinta forza.
Vagnozzi e i suoi co-autori hanno costruito un modello fisico, che ha utilizzato un tipo di meccanismo di screening noto come screening camaleontico, per dimostrare che le particelle di energia oscura prodotte nei forti campi magnetici del Sole potrebbero spiegare l'eccesso di XENON1T. I ricercatori hanno usato il loro modello per mostrare cosa accadrebbe nel rivelatore se l'energia oscura fosse prodotta in una particolare regione del Sole, chiamata tachoclina, dove i campi magnetici sono particolarmente forti.
I loro calcoli suggeriscono che esperimenti come XENON1T, progettati per rilevare la materia oscura, potrebbero anche essere utilizzati per rilevare l'energia oscura. Tuttavia, l'eccesso originale deve ancora essere confermato in modo convincente. "Per prima cosa dobbiamo sapere che questo non è stato semplicemente un colpo di fortuna", ha detto Visinelli. "Se XENON1T ha effettivamente visto qualcosa, ci si aspetterebbe di vedere di nuovo un eccesso simile negli esperimenti futuri, ma questa volta con un segnale molto più forte".
Se l'eccesso era il risultato dell'energia oscura, i prossimi aggiornamenti all'esperimento XENON1T, così come gli esperimenti che perseguono obiettivi simili come LUX-Zeplin e PandaX-xT, dovrebbero quindi poter rilevare direttamente l'energia oscura entro il prossimo decennio.