di David Salisbury
La maggior parte della materia dell'universo potrebbe essere composta da una particella che possiede un campo magnetico dalla insolita forma a ciambella, detto anapolare. Questa proposta, che dona alle particelle di materia oscura una rara forma di elettromagnetismo, è rafforzata da una dettagliata analisi prodotta da una coppia di fisici teorici presso la Vanderbilt University: il Prof. Robert Scherrer e lo studente Chiu Man Ho. Un articolo sulla ricerca è stato pubblicato lo scorso mese dal journal Physics Letters B. “Esistono molte diverse teorie sulla natura della materia oscura. Di questa mi piace la semplicità, l'unicità e il fatto che possa essere testata”, ha dichiarato Scherrer.
Particella elusiva
Nell'articolo http://arxiv.org/abs/1211.0503 intitolato “Anapole Dark Matter”, i fisici propongono che la materia oscura, una forma invisibile di materia che compone l'85% dell'universo, potrebbe essere formata da una particella detta fermione di Majorana. L'esistenza della particella è stata predetta nel 1930, ma ha resistito alle indagini. Diversi fisici hanno suggerito che la materia oscura sia prodotta dalle particelle di Majorana, ma Scherrer e Ho hanno eseguito calcoli precisi che dimostrano che queste particelle siano dotate di un campo elettromagnetico a forma di ciambella, detto anapolare. Questo campo le dona di proprietà diverse da quelle di particelle con campi a due poli (nord e sud, positivo e negativo) e spiega perchè siano così difficili da rilevare.
Elettromagnetismo comune, non forze esotiche
“Molti modelli per la materia oscura assumono che interagisca tramite forze esotiche che non troviamo normalmente. La materia oscura anapolare fa uso del comune elettromagnetismo che studiamo a scuola, la stessa forza che fa attrarre i magneti al vostro frigorifero”, dice Scherrer. “Inoltre, il modello porta a predizioni specifiche sulla frequenza alla quale dovrebbe mostrarsi ai rilevatori di materia oscura posizionati nel globo sottoterra. Queste predizioni mostrano che presto la materia oscura anapolare dovrà essere scoperta o scartata da questi esperimenti”.
I fermioni sono particelle come l'elettrone e i quark, i mattoni fondamentali della materia. La loro esistenza è stata predetta da Paul Dirac nel 1928. Dieci anni dopo, poco prima della sua misteriosa scomparsa, il fisico italiano Ettore Majorana ha prodotto una variazione della formulazione di Dirac che predice l'esistenza di un fermione elettricamente neutro. Da quel momento, i fisici hanno cercato i fermioni di Majorana. Il candidato primario è stato il neutrino, ma gli scienziati non sono riusciti a determinare la natura fondamentale di questa particella elusiva.
Invisibili ai telescopi
L'esistenza della materia oscura è anch'essa stata proposta inizialmente negli anni '30 per spiegare le discrepanze nella frequenza di rotazione dei gruppi di galassie. In seguito, gli astronomi hanno scoperto che la frequenza di rotazione delle stelle attorno a galassie individuali è similmente fuori sincronia. Osservazioni precise hanno mostrato che le stelle lontane dal centro delle galassie si muovono a velocità superiori di quanto spiegabile dalla quantità di materia visibile contenuta nelle galassie. Assumendo che contengano molta materia “oscura” invisibile, possiamo più direttamente spiegare queste discrepanze.
Scienziati ipotizzano che la materia oscura non possa essere osservata dai telescopi, perchè non interagisce fortemente con la luce e altra radiazione elettromagnetica. In effetti, le osservazioni astronomiche hanno escluso la possibilità che le particelle di materia oscura abbiano cariche elettriche. Recentemente, tuttavia, numerosi fisici hanno esaminato le particelle di materia oscura che non hanno carica elettrica, ma dipoli elettrici o magnetici. L'unico problema è che persino questi modelli più complessi sono esclusi per le particelle di Majorana. Questa è una delle ragioni per cui Ho e Scherrer hanno approfondito il modello di materia oscura con momento magnetico anapolare.
“Nonostante i fermioni di Majorana siano elettricamente neutrali, le simmetrie fondamentali della natura non permettono che acquisiscano proprietà elettromagnetiche diverse dall'anapolo”, afferma Ho. L'esistenza di un anapolo magnetico venne predetta dal fisico sovietico Yakov Zel’dovich nel 1958 . In seguito è stato osservato nella struttura magnetica dei nuclei di cesio-133 e itterbio-174. Le particelle con i comuni dipoli magnetici ed elettrici interagiscono con i campi elettromagnetici, persino quando sono stazionarie.
Le particelle con campi anapolari non lo fanno. Devono muoversi prima di interagire, interazione che aumenta con la velocità, di conseguenza le particelle anapolari avrebbero interagito maggiormente nei primi giorni dell'universo e sempre meno con la sua espansione e il suo raffreddamento. Le particelle di materia oscura anapolare suggerite da Ho e Scherrer si annichilerebbero nell'universo primordiale, come altre particelle proposte e la materia oscura che vediamo oggi ne sarebbe il risultato. Dato che però la materia oscura oggi si muove molto più lentamente e dato che questa velocità influisce sull'interazione, queste particelle fino ad ora sono sfuggite al rilevamento.
Ricerca finanziata dal Dipartimento dell'Energia.
Tradotto da Richard per Altrogiorale.org
Fonte: http://news.vanderbilt.edu/2013/06/dark-matter/?utm_source=vuhomepage&utm_medium=newsbox&utm_campaign=dark-matter
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