Ora che gli scienziati hanno trovato il bosone di Higgs, il Large Hadron Collider cercherà un bersaglio ancora più sfuggente: la materia oscura. Siamo circondati dalla materia oscura e dall'energia oscura - sostanze invisibili che legano le galassie, ma non si tradiscono. Il nuovo lavoro delinea un metodo innovativo per la ricerca della materia oscura tramite il Large Hadron Collider sfruttando la velocità relativamente bassa di una potenziale particella.
Il mondo oscuro della materia oscura
"Sappiamo per certo che esiste un mondo oscuro e che contiene più energia della nostra", afferma Lien-Tao Wong, professore di fisica all'Università di Chicago che sta ricercando la ricerca di segnali in acceleratori di particelle di grandi dimensioni come l'LHC. Il lavoro è stato pubblicato su Physical Review Letters.
Sebbene il mondo oscuro costituisca più del 95% dell'universo, gli scienziati conoscono la sua esistenza solo dagli effetti che ha - come un poltergeist, che è visibile solo se qualcosa si muove su uno scaffale o quando una luce lampeggia. Ad esempio, sappiamo dell'esistenza della materia oscura, perché vediamo il suo effetto gravitazionale: aiuta le nostre galassie a non volare via.
I teorici credono che esista un tipo speciale di particella oscura che può periodicamente interagire con la materia ordinaria. Sarà più pesante e durerà più a lungo di altre particelle conosciute, fino a un decimo di secondo. Secondo gli scienziati, più volte in un decennio una tale particella può essere catturata in collisioni di protoni all'LHC, che si verificano e vengono misurate costantemente.
"Una possibilità particolarmente interessante è che queste particelle scure di lunga durata siano in qualche modo legate al bosone di Higgs - che Higgs sia in realtà un portale per il mondo oscuro", dice Wong, riferendosi agli ultimi fisici delle particelle scoperti nella grande teoria di come funziona l'universo. … Il bosone di Higgs è stato scoperto all'LHC nel 2012. "Forse l'Higgs può effettivamente decadere in queste particelle longeve."
L'unico problema è separare questi eventi dal resto; all'LHC di 27 chilometri ci sono più di un miliardo di collisioni al secondo, ognuna delle quali emette spruzzi subatomici in tutte le direzioni.
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Gli scienziati hanno proposto un nuovo metodo di ricerca utilizzando un aspetto particolare di una particella così oscura. "Se è così pesante, richiede energia per essere prodotta, quindi lo slancio non sarà grande - viaggerà più lentamente della velocità della luce", dice Jia Liu, il primo autore dello studio.
Questo ritardo di tempo lo farà risaltare dal resto delle particelle. Gli scienziati devono solo modificare il sistema per trovare le particelle che produce. La differenza sta nella gamma di un nanosecondo - un miliardesimo di secondo - o meno. Ma l'LHC dispone già di rilevatori sufficientemente intelligenti per rilevare questa differenza; un recente studio che utilizza i dati raccolti durante l'ultimo lancio del collisore ha dimostrato che questo metodo dovrebbe funzionare, inoltre i rilevatori diventeranno ancora più sensibili con il prossimo aggiornamento.
"Ci aspettiamo che questo metodo aumenti la nostra sensibilità alle particelle scure di lunga durata di diversi ordini di grandezza, sfruttando al contempo le capacità che l'LHC ha già", afferma Liu. Gli sperimentatori stanno già lavorando alla creazione di una trappola. Quando l'LHC si riaccenderà nel 2021, dopo un aumento di 10 volte della luminosità, tutti e tre i rilevatori principali saranno dotati di un nuovo sistema.
“Riteniamo che ci sia un grande potenziale di scoperta. Se c'è una particella, avremo un modo per estrarla."
Ilya Khel
