LO STUDIO SU PHYSICAL REVIEW LETTERS

Il sapore della Materia Oscura

Un nuovo modello che descrive le esotiche proprietà delle particelle costituenti la materia oscura sembra rappresentare, meglio dei modelli precedenti, la struttura osservata del nostro universo. Il commento di Luca Valenziano (INAF)

La distribuzione della materia oscura nell'universo come ricostruita dal modello teorica di Medvedev. Crediti: University of Kansas / KU News Service

La distribuzione della materia oscura nell’universo come ricostruita dal modello teorica di Medvedev. Crediti: University of Kansas / KU News Service

E se l’elusiva materia oscura nell’universo fosse costituita da particelle la cui massa non fosse univocamente definita, ma potesse oscillare  fra vari sapori, e magari, assumere diverse masse contemporaneamente? E se queste particelle potessero interagire tra loro in modo non-gravitazionale? Da queste domande apparentemente sui generis, è partito Mikhail Medvedev. Professore di fisica e astronomia presso l’Università del Kansas, Medvedev ha costruito un nuovo modello teorico che descrive le proprietà della materia oscura ribattezzato “flavor-mixed multicomponent dark matter”. Un nome di non facilissima traduzione, ma che potrebbe suonare più o meno come “materia oscura multicomponente a sapore misto”.

L’architettura della teoria di Medvedev parte dal comportamento delle particelle elementari, sia quelle già note che quelle solo ipotizzate. Secondo la teoria quantistica che descrive queste particelle, il cosiddetto Modello Standard, sono quark, leptoni e bosoni di gauge a costituire gli ingredienti di base della materia. Le proprietà dei quark e dei leptoni chiamate ‘sapori’ sono soggette a cambiare, oscillando tra diversi stati, frutto del mescolamento dei sapori. Allo stesso modo le particelle di materia oscura potrebbero essere il frutto di differenti stati – o sapori – mescolati in varie proporzioni.

“Nella vita quotidiana siamo abituati al fatto che ogni particella o atomo ha una massa ben definita”, commenta Medvedev. “Una particella dal ‘sapore misto’ invece è assai bizzarra: possiede infatti diverse masse contemporaneamente e questa sua proprietà porta ad effetti affascinanti e insoliti”.

Per verificare la validità di questo modello, il ricercatore ha elaborato un codice di simulazione cosmologica che tiene conto anche del fenomeno della “evaporazione quantistica”, un’altra esotica proprietà di questa classe di particelle, in cui ricadono il neutralino, gli assioni e i neutrini sterili, tra i possibili candidati a costituire la materia oscura. I risultati di questo studio pubblicato sulla rivista Physical Review Letters, che hanno impegnato supercomputer  per 2 milioni di ore di tempo di calcolo complessivo, sembrano rappresentare, meglio dei modelli precedenti, la struttura osservata del nostro universo, dalla distribuzione delle galassie alle loro curve di rotazione e ai profili di densità degli aloni di materia oscura che le circondano.

“Capire cos’è la materia oscura è una grande sfida scientifica, che tocca i fondamenti della nostra conoscenza dell’universo e della sua struttura”, afferma Luca Valenziano, responsabile per INAF del contributo italiano alla missione spaziale Euclid, dedicata allo studio della materia e energia oscura. “Il lavoro di  Medvedev mostra la sempre maggiore convergenza fra lo studio del macro e del microcosmo e l’importanza della collaborazione fra astrofisica e fisica delle particelle elementari”.

Lo stesso Medvedev, del resto, afferma che i futuri esperimenti per la rivelazione diretta di materia oscura, quali DAMA nei Laboratori del Gran Sasso dell’INFN, potrebbero confermare la sua teoria.