Alla ricerca della Materia Oscura

4. Cercando la materia oscura.

di Marco Casolino,  in redazione: pp
 

 

La presenza di una gran quantità di materia invisibile ai telescopi è stata dunque provata studiando la sua interazione gravitazionale nelle galassie e tra le galassie, ma la reale natura di questa elusiva particella (se di particella di tratta) è ancora sconosciuta. La caccia alla materia oscura si svolge su tre diversi campi con modalità molto diverse:

 

1. Produzione diretta con acceleratori di particelle

Il Large Hadron Collider, sito presso i laboratori del CERNicona_linkesterno, al confine tra la Francia e la Svizzera cerca di ricreare le condizioni presenti nei primi istanti del Big Bang producendo artificialmente particelle supersimmetriche facendo collidere materia ordinaria nei fasci di acceleratori di particelle. Al momento (2013), purtroppo, i risultati non sono incoraggianti: non solo non sono state osservate nuove particelle, ma le misure sino ad effettuate tenderebbero ad escluderne la presenza, almeno alle energie più basse.

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Figura 4.1. Rappresentazione schematica degli esperimenti su LHC al CERN. Questi rivelatori, progettati per rivelare principalmente la produzione del bosone di Higgs nelle collisioni protone-protone, ricercano anche altre particelle non-standard icona_glossario.

2. Ricerca indiretta nello spazio

Se la materia oscura è costituta da neutralini, la più leggera delle particelle ipotizzate nelle teorie supersimmetriche, questi - seppur stabili – possono annichilirsi urtando tra di loro. Dallo studio dei frammenti nei raggi cosmici è possibile risalire alla massa ed al tipo di neutralino.

Secondo queste ipotesi il neutralino è stabile e non può decadere. Può tuttavia annichilirsi con sè stesso, producendo eccessi di particelle secondarie nei raggi cosmici, ad esempio positroni, antiprotoni o raggi gamma.

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Figura 4.2 Il neutralino, particella supersimmetrica più leggera delle teorie supersimmetriche è un possibile candidato per spiegare la presenza di materia oscura.

 

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Figura 4.3 PAMELA Sinistra: Il satellite russo Resurs-DK1. E’ possibile vedere i pannelli solari in basso ed il lungo cilindro contenente gli apparati ottici per le osservazioni terrestri. PAMELA è posta nel contenitore pressurizzato nella sinistra della figura. La Terra è idealmente posta nell’alto della figura. Centro: Foto del Resurs-DK1 nelle fasi finali di integrazione a Baikonur (2006). Il contenitore pressurizzato è visibile nella sinistra della figura. Destra: l’apparato PAMELA nelle fasi finali di integrazione nelle camere pulite di Roma Tor Vergata (2005).

 

3. Rivelazione diretta in laboratori sotterranei

Come già accennato, la materia oscura è tale perchè non risente delle forze elettromagnetica e nucleare forte. Può però interagire con i nostri apparati secondo la forza nucleare debole, che - come suggerisce il termine - si traduce in una bassa probabilità di interazione, richiedendo grandi rivelatori e lunghi tempi di osservazione per poter estrarre un segnale significativo. Le metodologie di studio sono molteplici e si basano sull’utilizzo di rivelatori ultrapuri in un ambiente in cui il “rumore” della radioattività ambientale, dei raggi cosmici e dei segnali spuri sia stato ridotto il più possibile.

 

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