La ricerca verso gli assioni, particella prevista da vari modelli fisici, ha fatto un passo avanti verso ulteriori conferme o smentite: il gruppo di ricercatori guidato da Steve Lamoreaux e dal suo allievo B. M. Brubaker, dell’Università di Yale, ha fatto partire un nuovo esperimento che amplifica il range di ricerca di questo mattone fondamentale, spesso connesso anche alla materia oscura.

I teorici hanno previsto di rilevare gli assioni ad un’energia compresa tra l’1 μeV e i 50 meV.

Steve Lamoreaux, ordinario di fisica a Yale, ci ha precisato il ruolo di questa particella: “In un certo senso l’assione gioca un ruolo molto simile alla particella di Higgs, in quanto è stata introdotta per rendere la teoria fondamentale in grado di comportarsi sulla base delle osservazioni ottenute. L’assione è una particella di massa estremamente bassa, circa 30.000 miliardi di volte inferiore a un protone, e con una massa 10 miliardi di volte inferiore a quella dell’elettrone”.

Noi di Tra Scienza & Coscienza abbiamo raggiunto Brubaker che ci ha parlato di come la particella sia legata ad un problema assillante per la fisica, ovvero lo “strong cp problem”: “Nel modello standard della fisica particellare c’è un parametro chiamato Theta che ci aspettiamo debba avere un valore di 1, tuttavia gli esperimenti suggeriscono che il suo valore posso avvicinarsi allo 0, meno dell’1/ 10000000000, per essere precisi”.

Gli assioni da tempo, ad esempio nella teoria di Peccei–Quinn, sono additati come possibili risolutori del problema CP. Il ricercatore capo ha precisato: “Se esistesse l’assione funzionerebbe sostanzialmente come un ciclo di feedback cosmico che costringe theta a 0 ovunque nell’universo”.

È qui che entra in gioco la materia oscura: l’assione, data la sua probabile interazione estremamente debole con la materia ordinaria, è additato come un possibile candidato per svelare i misteri della materia oscura.

Lamoreaux ha precisato: “L’assione è un candidato particellare adatto per la materia oscura, perché la sua interazione con la materia ordinaria e la luce è estremamente debole. Questo è uno dei requisiti chiave per la materia oscura, che tecnicamente è invisibile perché non può essere vista con la luce o rilevata dalle interazioni con la materia ordinaria”.

Anche Brubaker è aperto all’ipotesi: “Anche se gli assioni non sono stati originariamente teorizzati con la materia oscura nella testa, se effettivamente la massa della particella è abbastanza piccola, ha tutte le caratteristiche per spiegare la materia oscura”.

Se effettivamente queste particelle esotiche sono responsabili della materia oscura centinaia di miliardi di loro stanno passando attraverso il nostro corpo senza lasciare traccia: “Questi assioni cosmici – ha precisato Brubaker – potrebbero comportarsi come un’onda, avendo un’interazione molto particolare e rara con l’elettromagnetismo”.

Per arrivare alla messa a punto dell’esperimento, che ha un nome molto carino “HAYSTAC”, bisogna comprendere il comportamento della particella: “In un grande campo magnetico, come potrebbe essere quello utilizzato per una macchina di risonanza magnetica- ha precisato lo scienziato- una piccola frazione dell’onda dell’assione viene convertita in un’onda elettromagnetica ad una frequenza legata alla massa sconosciuta della particella”.

Da questo principio l’allievo di Lamoreaux e i colleghi sono partiti per realizzare la loro macchina caccia assioni: “Abbiamo costruito un rilevatore ultrasensibile per cercare di misurare queste piccole onde elettromagnetiche. Lo strumento comprende una “cavità a microonde”, che è un circuito risonante che può essere regolato come un ricevitore radio, per individuare il segnale dell’assione e distinguerlo dal rumore che è inevitabilmente presente”.

La frequenza nella quale gli scienziati si stanno muovendo è di poco superiore alla banda presa dai telefoni cellulari. Il professor Lamoreaux vede questa ricerca del segnale come “lenta e impegnativa”.

Nel corso degli anni ci sono stati esperimenti volti alla caccia dello strambo assione: “Ma finora – come ha precisato il capo scienziato – la sensibilità non è mai stata abbastanza buona”.

Determinare la massa dell’assione come cerca di fare ALPS II è fondamentale per migliorare la capacità di HAYSTAC: impostare la frequenza di ricerca sul rilevatore sarebbe fondamentale per scoprire il possibile legame tra materia oscura e assioni.

Brubaker ha concluso: “La fisica è una scienza sperimentale e dovremmo osservare gli assioni per confermare la loro esistenza, in fondo non importa quanto sia bella la teoria. Per tali particelle i metodi comuni non sono applicabili, abbiamo bisogno di essere creativi e adattare delle idee da altri campi della fisica”.

Dietro il discorso del ricercatore ci sono idee sperimentali sviluppate per campi della fisica come la computazione quantistica.

“È noto che le interazioni sono estremamente deboli e sfuggenti alle tecnologie di rilevazione – ha precisato Lamoreaux- nel caso del rilevatore di materia oscura questo è dovuto al fatto che noi non conosciamo l’esatta frequenza delle particelle”.

La caccia dell’ago in un pagliaio, come l’hanno definita gli scienziati, è apertissima.

 

Gianluigi Marsibilio

Crediti foto: Benjamin Brubaker/Yale University