Esiste una nuova teoria su dove si nasconde la materia oscura

Ma potrebbero esserci opportunità per individuare indirettamente le firme di quei gravitoni.

Una strategia che Vafa e i suoi collaboratori stanno perseguendo si basa su indagini cosmologiche su larga scala che tracciano la distribuzione delle galassie e della materia. In quelle distribuzioni, potrebbero esserci “piccole differenze nel comportamento dei cluster”, ha detto Obied, che segnalerebbero la presenza di gravitoni oscuri.

Quando i gravitoni scuri più pesanti decadono, producono una coppia di gravitoni scuri più leggeri con una massa combinata leggermente inferiore a quella della particella madre. La massa mancante viene convertita in energia cinetica (secondo la formula di Einstein, E = mc²), che dà ai gravitoni appena creati una piccola spinta, una “velocità di spinta” che si stima sia circa un decimillesimo della velocità della luce.

Queste velocità di spinta, a loro volta, potrebbero influenzare il modo in cui si formano le galassie. Secondo il modello cosmologico standard, le galassie iniziano con un ammasso di materia la cui attrazione gravitazionale attrae più materia. Ma i gravitoni con una velocità di calcio sufficiente possono sfuggire a questa presa gravitazionale. Se lo faranno, la galassia risultante sarà leggermente meno massiccia di quanto previsto dal modello cosmologico standard. Gli astronomi possono cercare questa differenza.

Le recenti osservazioni della struttura cosmica del Kilo-Degree Survey sono finora coerenti con la dimensione oscura: un’analisi dei dati di quell’indagine ha posto un limite superiore alla velocità del calcio che era molto vicino al valore previsto da Obied e dai suoi coautori. Un test più severo arriverà dal telescopio spaziale Euclid, lanciato lo scorso luglio.

Nel frattempo, i fisici stanno anche progettando di testare l’idea della dimensione oscura in laboratorio. Se la gravità si diffonde in una dimensione oscura che misura 1 micron di diametro, in linea di principio si potrebbe cercare qualsiasi deviazione dalla forza gravitazionale prevista tra due oggetti separati dalla stessa distanza. Non è un esperimento facile da realizzare, ha detto Armin Shayeghi, fisico dell’Accademia austriaca delle scienze che sta conducendo il test. Ma “c’è una ragione semplice per cui dobbiamo fare questo esperimento”, ha aggiunto: non sapremo come si comporta la gravità a distanze così ravvicinate finché non lo guarderemo.

La misurazione più vicina fino ad oggi, effettuata nel 2020 presso l’Università di Washington, ha comportato una separazione di 52 micron tra due corpi di prova. Il gruppo austriaco spera di raggiungere alla fine la portata di 1 micron prevista per la dimensione oscura.

Mentre i fisici trovano intrigante la proposta della dimensione oscura, alcuni sono scettici sul fatto che funzionerà. “Cercare dimensioni extra attraverso esperimenti più precisi è una cosa molto interessante da fare”, ha detto Juan Maldacena, fisico dell’Institute for Advanced Study, “anche se penso che la probabilità di trovarle sia bassa”.

Joseph Conlon, fisico di Oxford, condivide questo scetticismo: “Ci sono molte idee che sarebbero importanti se vere, ma probabilmente non lo sono. Questo è uno di loro. Le congetture su cui si basa sono alquanto ambiziose, e penso che le prove attuali a sostegno di esse siano piuttosto deboli”.

Naturalmente, il peso delle prove può cambiare, ed è per questo motivo che facciamo esperimenti. La proposta della dimensione oscura, se supportata dai prossimi test, ha il potenziale per avvicinarci alla comprensione di cos’è la materia oscura, come è collegata sia all’energia oscura che alla gravità, e perché la gravità appare debole rispetto alle altre forze conosciute. “I teorici cercano sempre di ‘mettere insieme’. La dimensione oscura è una delle idee più promettenti che ho sentito in questa direzione”, ha detto Gopakumar.

Ma per ironia della sorte, l’unica cosa che l’ipotesi della dimensione oscura non può spiegare è perché la costante cosmologica è così sorprendentemente piccola: un fatto sconcertante che essenzialmente ha dato inizio a tutta questa linea di indagine. “È vero che questo programma non spiega questo fatto”, ha ammesso Vafa. “Ma quello che possiamo dire, attingendo a questo scenario, è che se lambda è piccola – e si spiegano chiaramente le conseguenze di ciò – tutta una serie di cose sorprendenti potrebbero accadere”.

Storia originale ristampato con il permesso di Rivista Quanta, una pubblicazione editorialmente indipendente del Fondazione Simon la cui missione è migliorare la comprensione pubblica della scienza coprendo gli sviluppi e le tendenze della ricerca in matematica, scienze fisiche e della vita.