Le osservazioni del moto di neutroni e atomi di metalli pesanti a temperature ultra basse hanno dimostrato che le forme più leggere di assioni, particelle di materia oscura "leggera", non possono esistere in linea di principio, il che ha complicato ancora una volta la sua ricerca, secondo un articolo pubblicato sulla rivista Physical Review X …
“Questi risultati aprono una nuova finestra per la ricerca della materia oscura. Indicano che gli assioni non possono esistere in linea di principio in una gamma molto ampia di masse ed energie, il che riduce notevolmente il campo in cui dobbiamo cercare tracce di questa misteriosa sostanza. Possiamo dire che la nostra ricerca sta ricominciando da capo , ha affermato Nicholas Ayres dell'Università del Sussex (Regno Unito).
Per molto tempo gli scienziati hanno creduto che l'universo fosse costituito dalla materia che vediamo e che costituisce la base di tutte le stelle, buchi neri, nebulose, ammassi di polvere e pianeti. Ma le prime osservazioni della velocità di movimento delle stelle nelle galassie vicine hanno mostrato che le stelle alla loro periferia si muovono in esse a una velocità incredibilmente alta, che era circa 10 volte superiore a quella mostrata dai calcoli basati sulle masse di tutte le stelle in esse contenute.
La ragione di ciò, secondo gli scienziati odierni, era la cosiddetta materia oscura, una sostanza misteriosa, che rappresenta circa il 75% della massa della materia nell'Universo. Tipicamente, ogni galassia ha circa 8-10 volte più materia oscura della sua cugina visibile, e questa materia oscura tiene le stelle al loro posto e impedisce loro di disperdersi.
Oggi quasi tutti gli scienziati sono convinti dell'esistenza della materia oscura, ma le sue proprietà, oltre alla sua ovvia influenza gravitazionale sulle galassie e sugli ammassi di galassie, rimangono un mistero e oggetto di controversia tra astrofisici e cosmologi. Per molto tempo, gli scienziati hanno pensato che fosse composto da particelle superpesanti e "fredde" - "wimps", che non si manifestano in alcun modo, tranne che per attirare ammassi visibili di materia.
La ricerca infruttuosa di "WIMP" negli ultimi due decenni ha portato molti teorici a credere che la materia oscura possa effettivamente essere "leggera e soffice" e consistere nei cosiddetti assioni - particelle ultraleggere simili per massa e proprietà ai neutrini.
Ayres ei suoi colleghi hanno scoperto per caso che i tipi più leggeri di assioni, di cui parlano spesso i teorici, non possono esistere in linea di principio, analizzando i risultati dell'esperimento CryoEDM, che è estremamente lontano dalla cosmologia e dalla materia oscura.
Questo progetto, secondo il fisico, è stato lanciato due decenni fa per misurare con precisione una delle più piccole quantità fondamentali: il momento di dipolo del neutrone. Con questa parola, i fisici capiscono come le regioni con cariche positive e negative sono distribuite all'interno del neutrone e se il neutrone è davvero una particella completamente elettricamente neutra.
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In CryoEDM, i fisici stanno cercando di trovare il momento di dipolo del neutrone osservando come una "zuppa" di singoli atomi di un raro isotopo di mercurio e neutroni reagisce a cambiamenti improvvisi nella direzione e nell'intensità del campo elettrico all'interno del quale si trovano. Se il neutrone ha un momento di dipolo, allora il suo spin "sobbalza" in un modo speciale quando il campo "capovolge", cosa che può essere "vista" osservando come cambia la polarizzazione della particella.
Analizzando i dati ottenuti dai rivelatori CryoEDM nel primo periodo del loro lavoro, gli scienziati hanno notato che l'accuratezza di queste osservazioni era così alta che il comportamento degli atomi di mercurio e neutroni sarebbe stato fortemente influenzato dalle interazioni delle loro particelle subatomiche con gli assioni. In altre parole, se gli assioni esistono, causeranno un altro tipo di oscillazione e la loro forza dipenderà direttamente dalla massa delle particelle di materia oscura.
Come dimostrato dalle ripetute analisi dei dati CryoEDM, nulla di simile è stato osservato nel comportamento del mercurio e dei neutroni, il che indica la fondamentale assenza delle versioni più leggere degli assioni, la cui massa è milioni e decine di miliardi di volte inferiore a quella di un elettrone.
Tali risultati, come sottolinea Ayrs, non escludono la possibilità dell'esistenza di altri tipi di assioni, ma restringono notevolmente le dimensioni del campo, dove la loro esistenza rimane ammissibile dal punto di vista della scienza. È del tutto possibile che la materia oscura non sia costituita da particelle superpesanti o ultraleggere simili alla materia visibile, ma abbia una natura completamente diversa, che non abbiamo ancora indovinato, concludono gli autori dell'articolo.
