Agosto 10, 2022

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Materia oscura: il mistero che gli scienziati stanno cercando

Carlos Serrano (@carliserrano) BBC News Mundo

diritti d’autore della foto, LZ/serv

Cos’è la materia oscura? La risposta è semplice: nessuno lo sa. Questo è uno dei più grandi misteri della scienza.

Gli scienziati hanno cercato per decenni prove di questo misterioso componente che costituisce il 25% dell’universo.

Ma come fai a cercare qualcosa che non conosci nemmeno, come trovi qualcosa di invisibile?

E se è così difficile da trovare, perché intraprendere un compito così complesso?

Queste domande hanno ispirato un team di oltre 250 ricercatori provenienti da diversi paesi, che ha recentemente pubblicato i primi risultati di un progetto ambizioso che spera di trovare finalmente segni di materia oscura.

Questo è LUX-ZEPLIN (LZ), un laboratorio all’avanguardia situato a 1,5 miglia sottoterra in una miniera d’oro abbandonata a Leed, South Dakota, USA.

L’idea alla base del sito sotterraneo è isolare il più possibile il sito dalle radiazioni e dalla polvere che potrebbero causare inquinamento che potrebbe ostacolare la ricerca della materia oscura.

diritti d’autore della foto, Osservatorio sull’energia oscura di Jeffrey

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È la mappa più dettagliata della distribuzione della materia oscura nell’universo. Le aree luminose sono i punti di maggiore messa a fuoco, dove si stanno formando le galassie.

Secondo i suoi creatori, l’LZ è il rilevatore di materia oscura più sensibile di tutti.

Per fare questo, hanno reso l’interno della zona di atterraggio “il luogo più puro del pianeta”.

“Il centro del rivelatore è come la mente di un monaco buddista”, ha detto alla BBC Mundu Chamkur Jag, ricercatore LZ e professore presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia dell’University College di Londra, Regno Unito.

Il rivelatore è progettato per captare anche il debole segnale di una particella di materia oscura.

Come funziona LZ, come cerca la materia oscura e cosa succede se la trova?

Materia oscura misteriosa

Ora sappiamo solo di cosa è fatto il 5% dell’universo. Questo 5% è materiale normale, quello che possiamo vedere o toccare.

Le particelle che compongono la materia ordinaria sono descritte nel Modello Standard.

Il restante 95% del materiale è un mistero.

diritti d’autore della foto, Getty Images

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Nessuno ha visto la materia oscura, ma i suoi effetti si possono sentire nell’universo.

I fisici e gli astronomi ritengono che di questa percentuale, il 70% sia energia oscura e il 25% sia materia oscura.

L’energia oscura è una specie di forza repulsiva che sta accelerando l’espansione dell’universo.

D’altra parte, la materia oscura è una “cosa” invisibile che funge da magnete che tiene insieme le galassie.

Le osservazioni astronomiche hanno mostrato che le galassie ruotano molto più velocemente di quanto ci si aspetterebbe dalla loro massa visibile.

I calcoli indicano che la gravità corrispondente a questa massa non è sufficiente per tenere insieme le galassie. Quindi ci deve essere “qualcosa” che aggiunge massa, e quindi la gravità extra, e impedisce che si precipiti nello spazio.

Questa “cosa” che spiega la gravità extra è materia oscura.

Si dice che sia scuro perché non emette, riflette o assorbe la luce, il che lo rende molto difficile da notare.

Per questo, fino ad oggi, l’unico segno che gli scienziati hanno della sua esistenza è l’effetto gravitazionale che la materia oscura esercita sulla materia ordinaria, come le stelle e le galassie, per esempio.

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Il Laboratorio LZ è progettato per rilevare la materia oscura.

Quindi non sappiamo cosa sia la materia oscura, ma senza di essa l’universo sarebbe molto diverso da quello che conosciamo.

Di cosa è fatta la materia oscura?

Una possibilità è che sia costituito da “particelle supersimmetriche”, cioè particelle virtuali associate a quelle che costituiscono la materia ordinaria.

C’è un altro candidato per spiegare cos’è la materia oscura.

Questi sono WIMP, un’ipotetica particella che LZ spera di scoprire.

Secondo la NASA, i WIMP sono i principali candidati per spiegare la materia oscura.

WIMP è l’acronimo di Weakly Interacting Massive Particle.

Si ritiene che i WIMP si siano formati naturalmente dopo il Big Bang e che ce ne siano stati così tanti da poter fornire una spiegazione per la materia oscura.

Si dice che questi WIMP abbiano la capacità di penetrare nell’universo e persino di passare attraverso la materia ordinaria, ma in rare occasioni uno di loro può entrare in collisione con il nucleo di un atomo.

LZ sta cercando quel momento esatto…

Biliardo

Il principio su cui opera LZ è semplice.

È un serbatoio in titanio, riempito con 10 tonnellate di xeno liquido ad alta purezza.

I ricercatori hanno scelto lo xeno perché è un gas nobile che può raggiungere livelli di purificazione molto elevati in modo da poter rimuovere la maggior parte delle sostanze inquinanti.

L’esperimento consiste nell’osservare le particelle che viaggiano attraverso l’universo fino a raggiungere il centro della nave.

Con un po’ di fortuna, una di queste particelle entrerà in collisione con il nucleo di uno degli atomi di xeno, come due palle da biliardo.

Quando si verifica questa collisione, viene generato un flusso di luce che viene rilevato dai sensori LZ.

Dopo la collisione, si tratta di analizzare le proprietà della luce generata e, da questa analisi, dedurre il tipo di particella che ha colpito l’atomo di xeno.

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L’LZ è dotato di sensori di luce per rilevare le collisioni di particelle.

LZ ha iniziato il suo lavoro ad aprile e nei suoi primi risultati pubblicati all’inizio di luglio non ha ancora rilevato tracce di materia oscura.

Il posto più puro su questo pianeta

Una delle grandi sfide alla LZ è impedire che particelle indesiderate entrino nel serbatoio per contaminare, confondere o mascherare il WIMP che arriva improvvisamente.

L’obiettivo è ripulire l’intera scena quando WIMP, se presente, decide di apparire.

Pertanto, è necessario che l’area di atterraggio sia interrata.

I raggi cosmici bombardano costantemente l’atmosfera del pianeta, producendo particelle che possono entrare in collisione con un rivelatore come l’LZ e generare segnali indesiderati.

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Due ricercatori LZ esaminano potenziali particelle di polvere in un serbatoio allo xeno.

Essere a 1,5 chilometri sottoterra impedisce a molte di queste particelle di raggiungere il serbatoio. Alcuni potrebbero arrivare al carro armato, ma le probabilità sono 10 milioni di volte inferiori.

Perché stai cercando la materia oscura?

La scoperta della materia oscura ci aiuterà a risolvere il problema della massa mancante.

“E’ equivalente a capire di cosa è fatto circa il 30% dell’universo.

Gag afferma anche che “capire o rilevare la materia oscura sarà la prima finestra per guardare oltre il Modello Standard, che attualmente è una stanza chiusa”.

Il Modello Standard è di gran lunga la migliore spiegazione delle particelle e delle forze che compongono la materia ordinaria.

Tuttavia, questo modello spiega solo di cosa è fatto circa il 5% dell’universo.

Un’altra domanda che sorge è se, scoprendo la materia oscura, possiamo sfruttarla come fonte di energia.

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Scienziati presso LZ Lab.

A questo proposito, i creatori di LZ affermano che “è improbabile che saremo in grado di sfruttare il potere della materia oscura per secoli”.

“Non è chiaro esattamente quanti benefici trarranno le generazioni future dall’estrazione di materia oscura, anche se queste cose tendono ad essere notevolmente inaspettate.

Ma oltre al compito principale della LZ, il laboratorio stesso è una svolta della scienza e della tecnologia.

Le tecniche di analisi dei fasci e dei sensori potrebbero portare a innovazioni nell’industria alimentare farmaceutica e il sistema di algoritmi potrebbe essere utilizzato in settori come la medicina nucleare.

“Forse il più grande vantaggio per l’umanità è la conoscenza stessa”, affermano i creatori di LZ.

“Siamo strani esseri, sembra che siamo programmati per sapere come funziona il mondo intorno a noi.”