Apparato sperimentale usato per svolgere lo studio della materia oscura. Crediti: Rice University
La materia oscura, il mistero nascosto ai nostri occhi che potrebbe costituire la gran parte della massa totale dell’universo. E se ci fossero delle nuove tecniche per svelarne i segreti? È la domanda che si sono posti Christopher Tunnell e Dorian Amaral della Rice University (Stati Uniti). I due fisici hanno messo a punto un esperimento che per la prima volta consente la ricerca diretta di materia oscura ultra leggera utilizzando una particella a levitazione magnetica. La materia oscura super leggera, ovvero con la minima massa teorizzata per la materia oscura, potrebbe comportarsi come un’onda continua, un’onda che può esercitare forze ritmiche rilevabili solo attraverso strumentazione quantistica ultra sensibile.
In collaborazione con fisici della Leiden University, il team di Amaral e Tunnell ha sospeso un microscopico magnete di neodimio all’interno di un involucro superconduttore raffreddato a temperature prossime allo zero assoluto. La configurazione dell’esperimento è stata progettata per rilevare sottili oscillazioni che si ritiene siano causate dalle onde di materia oscura che attraversano la Terra. L’esperimento si concentra sulla rilevazione, in una banda di frequenza ristretta intorno a 26.7 Hz, delle forze derivanti dalle interazioni della materia oscura che differiscono in base ai numeri barionici e leptonici, numeri quantici conservati nella fisica delle particelle che rimangono costanti nelle interazioni tra particelle, all’interno di un modello teorico noto come B−L.
I ricercatori hanno monitorato il magnete levitato con incredibile precisione, utilizzando sensori in grado di rilevare movimenti inferiori al diametro di un atomo di idrogeno. Nonostante la sensibilità dell’apparato, in grado di rilevare forze paragonabili al peso di un singolo virus, non sono state trovate prove del segnale previsto. Tuttavia, questo risultato ha permesso ai fisici di escludere un’interazione specifica tra materia oscura e materia ordinaria. «Ogni volta che non troviamo materia oscura, perfezioniamo la mappa. È come cercare una chiave persa in casa: quando non la trovi in un posto, sai che devi cercarla altrove», dice Tunnell.
Sulla base di queste scoperte, il team di ricerca ha proposto un esperimento di nuova generazione volto a migliorare la sensibilità delle rilevazioni e ad ampliare la ricerca sulla materia oscura. Lo hanno chiamato Polonaise (Probing Oscillations using Levitated Objects for Novel Accelerometry In Searches of Exotic physics), in omaggio alla danza tradizionale polacca nella quale i due autori si cimentarono in occasione di una protesta per il clima, quando s’incontrarono e realizzarono che questa misurazione era possibile. La nuova configurazione incorporerà magneti più pesanti, una levitazione più stabile e una copertura di frequenza più ampia. L’esperimento è progettato per sondare aree del panorama teorico che gli attuali rilevatori non hanno ancora esplorato, cercando di identificare forze ultra deboli negli ambienti il più possibile indisturbati.
«Il nostro futuro equipaggiamento non solo ascolterà più attentamente, ma sarà anche ottimizzato per sentire cose che non abbiamo mai nemmeno provato ad ascoltare», promette Tunnell. E Amaral aggiunge: «Non stiamo solo testando una teoria, stiamo gettando le basi per un’intera classe di misurazioni. La levitazione magnetica ci fornisce uno strumento fondamentalmente nuovo per porre all’universo grandi domande».
Per saperne di più:
- Leggi su Physical Review Letters l’articolo “First Search for Ultralight Dark Matter Using a Magnetically Levitated Particle”, di Dorian W. P. Amaral, Dennis G. Uitenbroek, Tjerk H. Oosterkamp e Christopher D. Tunnell