La materia oscura è una forma ipotetica di materia che si crede sia ovunque, superando la materia regolare (quella di cui siamo fatti) con un rapporto di 5 a 1. Non emette né interagisce con la luce, quindi è invisibile ai nostri strumenti – ecco perché la chiamiamo oscura. Sappiamo che dovrebbe esserci perché le osservazioni dell’universo corrispondono ai nostri modelli solo se c’è molta più materia là fuori. Tuttavia, è difficile da trovare. Ci sono alcune possibilità riguardo alla natura della materia oscura. Potrebbe essere composta da particelle chiamate particelle massive debolmente interagenti (WIMP), molto più pesanti di un protone, che potrebbero essere rilevate da collisioni occasionali con atomi. Oppure potrebbe essere composta da assioni, particelle così leggere che pesano solo una frazione di un elettrone. Molti laboratori stanno cercando di catturare le WIMP con rilevatori dedicati. Catturare gli assioni è molto più difficile, ma un team internazionale ha elaborato un approccio. Tutto è sia un’onda che una particella (sì, tecnicamente anche tu), ma più qualcosa è leggero, più è facile vedere la natura ondulatoria. Quindi il team dietro un recente articolo ha usato laser e due orologi atomici per misurare il potenziale effetto degli assioni.
“Nonostante molte teorie ed esperimenti, gli scienziati devono ancora trovare la materia oscura, che pensiamo come la ‘colla’ della galassia che tiene tutto insieme,” ha detto in una dichiarazione Ashlee Caddell, co-responsabile della ricerca dell’Università del Queensland. “Il nostro studio ha utilizzato un approccio diverso – analizzando i dati di una rete di laser ultra-stabili collegati da cavi in fibra ottica, così come da due orologi atomici a bordo dei satelliti GPS. La materia oscura in questo caso agisce come un’onda, perché la sua massa è molto molto bassa. Usiamo gli orologi separati per cercare di misurare i cambiamenti nell’onda, che apparirebbero come orologi che mostrano tempi diversi o che ticchettano a velocità diverse, e questo effetto diventa più forte se gli orologi sono più distanti.”
Il metodo fornisce le prime restrizioni su come certa materia oscura potrebbe interagire con la materia regolare. “Confrontando misurazioni di precisione su vaste distanze, abbiamo identificato gli effetti sottili dei campi di materia oscura oscillante che altrimenti si annullerebbero in configurazioni convenzionali,” ha aggiunto Caddell. “Eccitantemente, siamo stati in grado di cercare segnali da modelli di materia oscura che interagiscono universalmente con tutti gli atomi, qualcosa che è sfuggito agli esperimenti tradizionali.”
Ci sono state alcune prove circostanziali dalla lente gravitazionale, suggerendo che gli assioni siano una migliore corrispondenza per la materia oscura. Questo metodo permette ai ricercatori di esplorare effettivamente quella gamma di masse. “Gli scienziati ora saranno in grado di investigare una gamma più ampia di scenari di materia oscura, e forse rispondere a qualche domanda fondamentale sulla struttura dell’universo,” ha detto il co-autore dello studio Dr. Benjamin Roberts. “Questo lavoro evidenzia anche il potere della collaborazione internazionale e della tecnologia all’avanguardia, utilizzando gli orologi atomici all’avanguardia del [Physikalisch-Technische Bundesanstalt] e l’esperienza dell'[Università del Queensland] nel combinare misurazioni di precisione e fisica fondamentale.”
L’articolo è pubblicato su Physical Review Letters.