Semplice teoria potrebbe spiegare la materia oscura

La maggior parte della materia nell’universo, può essere compilata su particelle che possiedono un insolito, campo elettromagnetico a forma di ciambella chiamato anapole.

Questa proposta, che dota le particelle di materia oscura di una rara forma di elettromagnetismo, è stata rafforzata da una dettagliata analisi eseguita da una coppia di fisici teorici presso la Vanderbilt University: il professor Robert Scherrer e il post-dottorato Chiu Man Ho. Un articolo sulla ricerca è stata pubblicata online il mese scorso dalla rivista Physics Letters B .

“Ci sono un gran numero di differenti teorie sulla natura della materia oscura. Che cosa mi piace di questa teoria è la sua semplicità, unicità e il fatto che può essere verificata “, ha detto Scherrer.

Nell’articolo, intitolato “Dark Matter Anapole,” i fisici propongono che la materia oscura, una forma invisibile di materia che costituisce il 85 per cento di tutta la materia dell’universo, può essere fatta di un tipo di particella di base chiamato il fermione Majorana . L’esistenza della particella era stata prevista nel 1930, ma ha ostinatamente resistito al rilevamento.

Un certo numero di fisici hanno suggerito che la materia oscura è composta da particelle di Majorana, ma Scherrer e Ho hanno eseguito calcoli dettagliati che dimostrino che queste particelle sono particolarmente adatte a possedere un raro  tipo di campo elettromagnetico a forma di ciambella chiamato anapole. Questo campo dà loro proprietà diverse da quelle delle particelle che possiedono i campi più comuni che hanno due poli (nord e sud, positivo e negativo) e spiega perché sono così difficili da rilevare.

“La maggior parte dei modelli sullla materia oscura suppongono che interagisce attraverso le forze esotiche che non incontriamo nella vita di tutti i giorni. La materia oscura di Anapole usa l’elettromagnetismo ordinario che avete imparato a scuola, la stessa forza che fa attaccare i magneti al vostro frigorifero ha spiegato Scherrer. “Inoltre, il modello fa previsioni molto precise circa la velocità con cui dovrebbe comparire nei rivelatori di materia oscura che sono sepolti sottoterra in tutto il mondo. Queste previsioni indicano che presto l’esistenza della materia oscura del anapole dovrebbe essere scoperta o eliminata da questi esperimenti.„

I fermioni sono particelle come gli elettroni e quark, che sono i mattoni della materia. La loro esistenza è stata predetta da Paul Dirac nel 1928. Dieci anni dopo, poco prima di sparire misteriosamente in mare, il fisico italiano Ettore Majorana ha prodotto una variazione della formulazione di Dirac che predice l’esistenza di un fermione elettricamente neutro. Da allora, i fisici sono alla ricerca di fermioni di Majorana. Il candidato principale è stato il neutrino, ma gli scienziati sono stati in grado di determinare la natura di base di questa particella inafferrabile.

L’esistenza della materia oscura fu anche proposto nel 1930 per spiegare differenze nel tasso di ammassi galattici rotazionali. Successivamente, gli astronomi hanno scoperto che il tasso che le stelle hanno di ruotare intorno a singole galassie è altrettanto fuori sincrono. Osservazioni dettagliate hanno mostrato che le stelle lontano dal centro delle galassie si muovono a velocità molto più elevate di quanto possa essere spiegato dalla quantità di materia visibile che le galassie contengono. Supponendo che contengono una grande quantità di materia invisibile “oscura” è il modo più semplice per spiegare queste discrepanze.

Gli scienziati ipotizzano che la materia oscura non può essere vista in telescopi perché non interagisce fortemente con la radiazione elettromagnetica leggera e altri tipi di radiazioni. Infatti, le osservazioni astronomiche hanno sostanzialmente escluso la possibilità che le particelle di materia oscura trasportano cariche elettriche.

Più di recente, però, molti fisici hanno esaminato particelle di materia oscura che non portano cariche elettriche, ma hanno dipoli elettrici o magnetici. L’unico problema è che anche questi modelli più complicati sono esclusi per le particelle di Majorana. Questo è uno dei motivi che Ho e Scherrer hanno dato uno sguardo più da vicino alla materia oscura con un momento magnetico anapole.

“Anche se i fermioni di Majorana  sono elettricamente neutri, simmetrie fondamentali della natura li vietano di acquisire tutte le proprietà elettromagnetiche ad eccezione del anapole “, ha dichiarato Ho. L’esistenza di un anapole magnetico era stato previsto dal fisico sovietico Yakov Zel’dovich nel 1958. Da allora è stato osservato nella struttura magnetica dei nuclei di cesio-133 e itterbio-174 atomi.

Le particelle elettriche e familiari magnetiche dipoli, interagiscono con i campi elettromagnetici anche quando sono ferme. Le particelle con i campi anapole non lo fanno. Essi devono essere in movimento prima che interagiscano e più velocemente si muovono più forte è l’interazione. Come risultato, le particelle anapole sarebbero state molto più interattive durante i primi giorni dell’universo e sarebbero diventate sempre meno interattive con l’espansione e il raffreddamento dell’universo.

Le particelle di materia oscura del anapole suggerite da Ho e Scherrer si sarebbero annientate nell’universo primordiale proprio come le altre   particelle di materia oscura proposte, le particelle rimanenti dal processo formerebbero la materia oscura che vediamo oggi. Ma perché la materia oscura si sta muovendo  molto più lentamente al giorno d’oggi, e perché l’interazione anapole dipende da quanto velocemente si muove, queste particelle sarebbero sfuggiti al rilevamento finora.

Fonte:

http://phys.org/news/2013-06-simple-theory-dark.html#ajTabs

 

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