Gli scienziati del CERN stanno esplorando la possibilità che particelle esotiche simili agli assioni, ovvero i principali candidati per spiegare la materia oscura che permea l'universo, possano essere già state create negli esperimenti passati, rimanendo però celate tra i dati raccolti anni fa. Questa rivelazione potrebbe rivoluzionare il modo in cui conduciamo la ricerca di nuove particelle, suggerendo che non sempre è necessario costruire strumentazioni più avanzate quando la risposta potrebbe già trovarsi negli archivi digitali dei nostri laboratori.
La caccia agli assioni: una ricerca lunga mezzo secolo
La teoria degli assioni nacque negli anni Settanta come risposta elegante a uno dei più grandi enigmi della fisica moderna: perché nell'universo esiste più materia che antimateria. Questi ipotetici componenti elementari rappresentano da decenni il candidato più promettente per costituire la materia oscura, quella sostanza invisibile che rappresenta circa l'85% di tutta la materia presente nel cosmo. Nonostante gli sforzi concentrati di generazioni di fisici, gli assioni continuano a sfuggire alla rilevazione sperimentale diretta.
La ricerca di queste particelle elusive ha tuttavia aperto nuove strade scientifiche, portando i ricercatori a considerare l'esistenza di particelle simili agli assioni. Queste entità teoretiche condividerebbero alcune caratteristiche fondamentali con gli assioni originali, in particolare una massa estremamente ridotta che le renderebbe simili ai fotoni, le particelle di luce che non possiedono massa alcuna.
Quando i protoni diventano emettitori di particelle misteriose
Gustavo Gil da Silveira del CERN e il suo team hanno sviluppato un approccio innovativo che ribalta la prospettiva tradizionale degli esperimenti di collisione. Invece di concentrarsi esclusivamente sui detriti prodotti dall'impatto tra particelle, i ricercatori hanno considerato cosa accade durante la fase di accelerazione, prima dello scontro vero e proprio. La loro ipotesi è che protoni e ioni, raggiunti livelli energetici elevati, potrebbero emettere particelle simili agli assioni mentre vengono accelerati verso la collisione finale.
I calcoli del team dimostrano che i protoni accelerati produrrebbero un numero maggiore di queste particelle esotiche rispetto agli ioni accelerati. Simultaneamente, entrambi continuerebbero a emettere fotoni, creando un ambiente ricco di interazioni potenziali tra diversi tipi di particelle.
Il Large Hadron Collider: una miniera di dati inesplorati
L'analisi si concentra su un esperimento specifico condotto nel 2016 presso il Large Hadron Collider, il gigantesco acceleratore situato al confine tra Francia e Svizzera. In quell'occasione, i ricercatori fecero collidere protoni con ioni di piombo, creando le condizioni ideali per osservare potenziali interazioni tra particelle simili agli assioni e fotoni. Da Silveira e colleghi suggeriscono che i dati raccolti durante quell'esperimento potrebbero contenere le firme di queste particelle esotiche, rimaste finora inosservate.
Lucian Harland-Lang dell'University College London riconosce l'originalità dell'approccio, pur evidenziando le sfide pratiche della sua implementazione. Il problema principale risiede nella rarità di questi eventi di collisione e nella necessità di distinguere con certezza i segnali autentici dai processi di fondo che potrebbero imitare le firme ricercate.
Ostacoli tecnologici e prospettive future
L'accesso ai dati storici del LHC presenta difficoltà tecniche non trascurabili. Da Silveira spiega che i cambiamenti nei sistemi software avvenuti nel corso degli anni rendono complessa l'analisi retrospettiva delle informazioni raccolte. Tuttavia, le prospettive per i futuri esperimenti appaiono più incoraggianti: "Potremmo calibrare i rivelatori specificamente per identificare questo particolare segnale", afferma il ricercatore.
La scoperta di una particella simile agli assioni non equivarrebbe automaticamente alla scoperta degli assioni stessi, quindi potrebbe non risolvere completamente i grandi quesiti aperti della fisica contemporanea. Ciononostante, una simile rivelazione arricchirebbe significativamente la nostra comprensione della fisica delle particelle, sollevando nuove domande sulle interazioni tra le particelle appena scoperte e quelle già note, e sul loro potenziale ruolo nella composizione della materia oscura che riempie l'universo.
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