Un gruppo di fisici del CERN e dell’Università della Danimarca ha individuato un insieme di particelle che potrebbe essere un nuovo candidato per l’identificazione della materia oscura: le PIDM (Planckian interacting dark matter particles). Sono particelle massive, estremamente fredde, con una velocità di disaccoppiamento elevata, che potrebbero formare sottostrutture inferiori alla scala microscopica. Nel modello proposto dai fisici Mathias Garny, McCullen Sandora e Martin S. Sloth si prendono in considerazione particelle la cui massa può essere considerata “leggera”, dunque pari o poco superiore a quella considerata estremo superiore nella scala di Planck (Mp=1.2×10^19 GeV), cioè il limite di applicabilità delle leggi fisiche attuali. Alla base della teoria, oltre alla scala di Planck, c’è la teoria della GUT (grand unified theory), che prevede l’unificazione delle tre forze non gravitazionali: elettromagnetica, nucleare forte, nucleare debole.

Si presuppone che la materia oscura sia connessa solo a livello gravitazionale con il modello standard, cioè la teoria che descrive le quattro forze fondamentali note e le particelle elementari ad esse collegate; da ciò si evince che essa ha massa abbastanza elevata, in modo da giustificare l’assenza di interazioni dovute alla forza nucleare forte. A causa dell’interazione praticamente inesistente tra materia oscura e materia ordinaria, si ritiene che le PIDM siano state generate durante l’inflazione cosmica, la colossale e rapidissima (con velocità superiori a quella della luce, 300,000 km/s) espansione dell’universo, che giustifica l’omogeneità di temperatura e densità dell’universo attuale.

Ma cos’è la materia oscura? Nell’universo la materia ordinaria, cioè quella che possiamo vedere, costituisce sorprendentemente solo il 5%: il restante 95%, 27% materia e 68% energia, è definito “oscuro” perché non se ne conosce la reale natura. Essa non interagisce in modo rilevante con la materia ordinaria, nonostante ciò è l’artefice dell’esistenza stessa delle galassie, che altrimenti non avrebbero sufficiente massa per restare compatte e non disperdersi; infatti, stimando la massa della materia ordinaria contenuta in una qualsiasi galassia a spirale, essa risulta estremamente inferiore alle stime fatte calcolando la velocità di rotazione dei bracci periferici. La sua esistenza è stata postulata per compensare le enormi discrepanze tra modelli matematici e misurazioni reali, dato che non è direttamente rilevabile attraverso analisi spettroscopiche, non producendo radiazioni elettromagnetiche di alcun tipo. La materia oscura è classificabile in due specie: barionica e non barionica. La prima è costituita da corpi massosi come nane brune e altri corpi celesti che per loro natura non riflettono la luce; la seconda è la più rilevante e misteriosa: particelle sconosciute, mai osservate interagire con particelle note. Sono tanti i laboratori in cui sono stati creati dei macchinari potenzialmente in grado di registrare anche la più piccola interazione tra particelle di materia oscura e materia ordinaria, uno di questi è proprio il Laboratorio Nazionale del Gran Sasso (AQ). Le possibilità di osservare il decadimento di DIMP in un esperimento in modo indiretto sono praticamente nulle.

Altra eventualità per provare l’esistenza delle DIMP e la loro designazione come particelle di materia oscura è quella di crearle in laboratorio, ad esempio attraverso l’acceleratore di particelle LHC del CERN di Ginevra. Bisognerà però raggiungere energie elevatissime, superiori alla scala di Plank. Nel prossimo futuro sarà possibile produrre energie tali da ricreare le condizioni presenti durante l’inflazione, 13.6 miliardi di anni fa, tali dunque da testare le teorie proposte.

La materia oscura c’è, dobbiamo solo trovarla.

Claudia Castracane