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L’avventura è nell’invisibile

giugno 23, 2008

Fonte: La Stampa.it, 16 aprile 2008

Articolo di Barbala Gallavotti

Via al conto alla rovescia per gli esperimenti che devono indagare la materia oscura. E’ sei volte più abbondante di ciò che compone stelle e pianeti, ma per noi resta inafferrabile.

È circa sei volte più abbondante di tutta la materia che esiste nell’Universo, quella che compone le stelle, i pianeti e noi stessi. Ma è oscura: non assorbe, riflette o emette nessuna forma di radiazione e ciò la rende per noi invisibile. Ne vediamo solo gli effetti, come la forza che fa deviare i raggi di luce emessi dai corpi luminosi. È la materia oscura.

La sua esistenza è stata ipotizzata nel 1933, ma da allora gli sforzi per svelarne l’identità sono falliti. In compenso si sono succedute diverse teorie per negarne la presenza. Anch’esse, però, non sono riuscite ad affermarsi. Oggi gli esperimenti che mirano a sciogliere una volta per tutte la controversia sono molti e i ricercatori sperano che la caccia alla «signora cosmica» giunga al termine. Molte aspettative si concentrano sulla sonda Planck, che sarà lanciata tra pochi mesi, e sugli esperimenti legati all’acceleratore LHC (Large Hadron Collider), sul punto di entrare in funzione al Cern di Ginevra. I primi indizi sulla materia oscura sono giunti dall’osservazione del movimento delle galassie. Queste si attraggono a causa della forza gravitazionale, che è tanto più intensa quanto più è abbondante la materia di cui sono composte: le misure ci dicono che l’entità della forza gravitazionale tra galassie è molto più forte di quanto dovrebbe essere, considerando solo la normale materia di cui sono formate, e dunque deve esserci l’effetto di un altro tipo di materia, la materia oscura, appunto.

Altre prove indirette si devono al fenomeno delle «lenti gravitazionali»: è una distorsione delle immagini dei corpi celesti dovuta al fatto che la luce che emettono viene attirata e deviata dai corpi di grande massa che si trovano vicino al suo cammino, sempre a causa della forza gravitazionale. E ancora una volta l’entità della deviazione non è spiegabile ipotizzando un’attrazione esercitata solo dalla materia che conosciamo. Da questo punto in poi però inizia il mistero: di cosa è fatta la materia oscura?

Secondo alcuni è «fredda», cioè costituita da particelle piuttosto pesanti, dotate di poca energia e con scarsa capacità di interagire con la materia ordinaria. In questo caso le migliori candidate sarebbero le particelle WIMP (Weakly Interactive Massive Particles) e, tra queste, il neutralino, che è anche una particella supersimmetrica. Per ora l’esistenza delle particelle supersimmetriche è un’ipotesi, ma, se ci fossero, sarebbero «avatar» obesi delle particelle che compongono la materia normale: gemelli dotati di una massa molto più grande. Nel cosmo attuale le particelle supersimmetriche sarebbero sostanzialmente assenti, ad eccezione della più leggera, appunto il neutralino.

In teoria, però, i gemelli fantasma potrebbero essere creati artificialmente in un acceleratore. Potrebbe farcela LHC e due sono gli esperimenti pronti: si chiamano Atlas e Cms e sono sofisticati apparati dalle dimensioni di un condominio. Se riusciranno sarà un successo in parte italiano, visto che a entrambi lavorano molti ricercatori dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare.

Un’altra ipotesi, invece, prevede che la materia oscura sia «calda», cioè composta da particelle di massa piccolissima e grande energia. «La fantasia dei teorici è infinita, ma la sfida è verificare le teorie e indizi importanti possono venire dalla misura della radiazione di fondo cosmica, cioè dalla radiazione che ha pervaso il cosmo poco dopo il Big Bang e le cui deboli tracce sono ancora captabili», spiega Paolo De Bernardis, fisico all’Università La Sapienza. La radiazione di fondo cosmica è stata misurata a fine Anni 90 con l’esperimento Boomerang, condotto proprio da de Bernardis: i dati furono raccolti da strumenti lanciati nell’atmosfera con un pallone stratosferico.

«Le informazioni segnarono un punto di svolta, ma la precisione venne limitata dal fatto che il pallone non poté distanziarsi molto dal rumore di fondo dovuto alla radiazione emessa dalla Terra sotto forma di calore. Per questo l’ESA ha progettato Planck: avrà a bordo strumenti simili a quelli di Boomerang, ma raggiungerà la distanza di un milione e mezzo di chilometri e, dunque, potrà prendere dati in condizioni ottimali».

La radiazione cosmica di fondo è costituita da particelle di luce su cui l’attrazione gravitazionale della materia oscura avrebbe influito ai tempi dell’Universo primordiale e, inoltre, le strutture di materia oscura che questa radiazione avrebbe attraversato durante il lungo cammino dall’emissione a oggi ne avrebbero deformato la distribuzione: studiando queste informazioni, i ricercatori ritengono sia possibile ottenere indizi su come la materia oscura era distribuita poco dopo il Big Bang e sulla sua natura calda o fredda.

«Il lancio di Planck è previsto per agosto dalla Guyana. Ci vorranno due anni per realizzare le mappe. Ci aspettiamo non solo indizi sulla materia oscura, ma anche su molti altri misteri dell’Universo, come quelli legati all’esistenza dell’energia oscura. Oggi, infatti, riteniamo che tutto ciò che esiste nello spazio sia costituito per il 4% dalla normale materia, per circa il 20% da materia oscura e per la restante parte da energia oscura: una forma di energia di cui non sappiamo nulla», sottolinea de Bernardis.

Le stelle non bastano certo per illuminare l’oscurità del cosmo e la sfida per gettare luce sugli oscuri signori che vi si aggirano è aperta. Mentre Planck si prepara alla partenza, l’ESA ha approvato lo studio di due nuove missioni: Dune e Space e sono programmate tra il 2015 e il 2020.

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