Scienza. Prove per la rilevazione dell’energia oscura in un esperimento cosmico

Madrid, 16 (Stampa Europa)

Alcuni dei risultati inspiegabili dell’esperimento XENON1T in Italia potrebbero essere dovuti all’energia oscura, non alla materia oscura che l’esperimento è progettato per rilevare.

Uno studio pubblicato su Physical Review D. condotto da ricercatori dell’Università di Cambridge ha 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. Saranno necessari esperimenti futuri per confermare questa interpretazione. I ricercatori affermano che il loro studio potrebbe essere un passo importante verso il rilevamento diretto dell’energia oscura.

Tutto ciò che i nostri occhi possono vedere nel cielo e nel nostro mondo quotidiano, dalle piccole lune alle enormi galassie, dalle formiche alle balene blu, costituisce meno del cinque percento 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 espandere l’universo a un ritmo accelerato.

“Sebbene entrambi i componenti siano invisibili, sappiamo molto sulla materia oscura, la sua esistenza è stata suggerita già negli anni ’20, mentre l’energia oscura non è stata scoperta fino al 1998”, ha affermato il dott. Sunny in una nota. Cosmology, Cambridge, primo autore dell’articolo. “Esperimenti su larga scala come XENON1T (installato nel sottosuolo sotto gli Appennini) sono progettati per rilevare direttamente la materia oscura, cercando segni che la materia oscura ‘scontri’ con la materia ordinaria, ma l’energia oscura è più difficile”.

Per rilevare l’energia oscura, gli scienziati generalmente cercano le interazioni gravitazionali, il modo in cui gli oggetti vengono attratti dalla gravità. E su scale più grandi, l’effetto gravitazionale dell’energia oscura è disgustoso, fa a pezzi le cose e accelera l’espansione dell’universo.

Un segno inaspettato un anno fa

Circa un anno fa, lo studio XENON1T ha riportato un segnale inaspettato o aumentato rispetto allo sfondo previsto. “Questi tipi di abuso sono spesso una coincidenza, ma di tanto in tanto possono anche portare a scoperte fondamentali”, ha affermato il dott. Luca Vecinelli, ricercatore dei Laboratori Nazionali di Frascati in Italia, coautore dello studio. “Abbiamo scoperto un modello in cui questo segnale potrebbe essere attribuito all’energia oscura, piuttosto che alla materia oscura per la quale l’esperimento è stato originariamente progettato”.

A quel tempo, la spiegazione più comune per l’aumento erano gli assioni, che sono particelle ipotetiche molto leggere, prodotte dal sole. Tuttavia, questa interpretazione non regge alle osservazioni, poiché il numero di assi che sarebbero necessari per spiegare il segnale XENON1T altera drasticamente l’evoluzione di stelle molto più pesanti del Sole, contrariamente a quanto osserviamo.

Siamo lontani dal comprendere appieno cosa sia l’energia oscura, ma la maggior parte dei modelli fisici di energia oscura porterà all’esistenza della cosiddetta quinta forza. Ci sono quattro forze fondamentali nell’universo e tutto ciò che non può essere spiegato da una di queste forze è talvolta chiamato il risultato di una quinta forza sconosciuta.

Tuttavia, sappiamo che la teoria della gravità di Einstein funziona bene nell’universo locale. Pertanto, qualsiasi quinta forza associata all’energia oscura è indesiderabile e dovrebbe essere “nascosta” o “filtrata” quando si tratta di piccole scale, e può funzionare solo su scale più grandi dove la teoria della gravità di Einstein non può. Universo. Per nascondere la quinta forza, molti modelli di energia oscura sono dotati di cosiddetti meccanismi di filtraggio, che mascherano dinamicamente la quinta forza.

Vagnozzi e colleghi hanno costruito un modello fisico, che utilizzava un tipo di meccanismo di rilevamento noto come rilevamento camaleontico, per dimostrare che le particelle di energia oscura prodotte nei forti campi magnetici del Sole potrebbero spiegare l’eccesso di XENON1T.

“Esaminare i nostri camaleonti interrompe la produzione di particelle di energia oscura in oggetti molto densi, evitando i problemi affrontati dagli assi solari”, ha detto Vagnozzi. “Ci consente anche di separare ciò che sta accadendo nell’universo locale molto denso da ciò che sta accadendo su scale più grandi, dove la densità è molto bassa”.

I ricercatori hanno usato il loro modello per mostrare cosa accadrebbe al rivelatore se l’energia oscura fosse prodotta in una particolare regione del sole, chiamata tachocline, dove i campi magnetici sono particolarmente forti.

“Era davvero sorprendente che, in linea di principio, questo eccesso fosse causato dall’energia oscura piuttosto che dalla materia oscura”, ha detto Fagnozzi. “Quando le cose si incastrano così, è davvero speciale.”

I loro calcoli suggeriscono che esperimenti come XENON1T, progettati per rilevare la materia oscura, potrebbero essere utilizzati anche per rilevare l’energia oscura. Tuttavia, l’aumento originario non è stato ancora confermato in modo convincente. “Dobbiamo prima sapere che questa non è stata solo una coincidenza”, ha detto Vecinelli. “Se XENON1T vede davvero qualcosa, mi aspetterei di vedere di nuovo un eccesso simile nelle prove future, ma questa volta con un segnale molto più forte.”

Se l’eccesso è causato dall’energia oscura, i prossimi aggiornamenti dell’esperimento XENON1T, così come gli esperimenti che perseguono obiettivi simili come LUX-Zeplin e PandaX-xT, significano che potrebbe essere possibile rilevare l’energia oscura direttamente nel prossimo decennio.