CRONACA – Neutroni che non si trovano più, che forse oscillano e che magari ci forniscono qualche indizio sul mistero della materia oscura, la materia ‘mancante’ dell’Universo, di cui registriamo l’esistenza attraverso i suoi effetti gravitazionali ma di cui non conosciamo la natura. Un argomento non facile che è stato però ripreso e discusso molto da diversi siti internet – Universe Today e Science Blog per citarne un paio – nelle ultime settimane. Il motivo di tanta attenzione è la pubblicazione, in realtà non più così recente (aprile 2012), di un articolo scritto da Zurab Berezhiani e Fabrizio Nesti, due ricercatori dell’Università dell’Aquila: “Magnetic anomaly in UCN trapping: signal for neutron oscillations to parallel world?”, pubblicato sull’European Physical Journal C.
Ecco di cosa si tratta: la ricerca prova a spiegare l’anomala sparizione di neutroni nel corso di un esperimento partendo dall’ipotesi che questi siano in grado di oscillare assumendo, per così dire, le sembianze di un’invisibile particella gemella. Invisibile perché si troverebbe in un mondo parallelo.
Ricerca italiana, neutroni che oscillano e ipotesi di mondi paralleli: gli ingredienti erano sufficientemente gustosi da decidere di approfondire l’argomento parlando direttamente con Fabrizio Nesti, uno degli autori.
“Il nostro lavoro”, racconta Nesti, “è iniziato con un’analisi dei dati sperimentali ottenuti dal gruppo di ricerca di Anatoly Serebrov all’Istituto Laue-Langevin a Grenoble, in Francia.”
L’esperimento di cui parla Nesti è costituito da un contenitore in cui vengono intrappolati circa mezzo milione di neutroni ultrafreddi (Ultracold Neutrons, UCN) e in cui viene indotto un campo magnetico controllato. I neutroni ultrafreddi hanno la particolarità di essere molto lenti e, in queste condizioni, il loro comportamento è simile a quello di un gas. In particolare, le particelle rimbalzano contro le pareti del contenitore invece di penetrarle. Dopo 300 secondi di isolamento, il contenitore viene riaperto e i neutroni vengono nuovamente contati. E qui si trova il risultato inaspettato: alcuni neutroni mancano all’appello.
“L’ipotesi”, continua Nesti, “è che certi valori del campo magnetico e soprattutto, cosa che non può essere spiegata dalla fisica standard, certe direzioni del campo inducano un’oscillazione del neutrone, spingendolo a trasformarsi, in un tempo relativamente breve, in un neutrone ‘specchio’ che esiste in un mondo diverso rispetto al nostro.”
I fisici ritengono infatti che possano esistere campi quantistici in cui le particelle non interagiscono attraverso le stesse forze a cui siamo abituati, quelle del cosiddetto Modello Standard. Come se le particelle avessero quindi a disposizione un altro mondo in cui muoversi. Un mondo che funziona in base a regole che non conosciamo e che ha però interazioni con il nostro attraverso la forza di gravità: è per questo motivo che queste particelle ‘specchio’ si presentano come possibili candidati per il ruolo di materia oscura.
“Il fatto che questa possibile oscillazione dei neutroni avvenga con tempi dell’ordine dei secondi è fondamentale perché permette di rivelare il fenomeno prima che il neutrone decada in altre particelle, cosa che avviene in dieci minuti.”
La stessa oscillazione è infatti considerata possibile anche per altre particelle neutre ma i loro tempi di decadimento sono talmente rapidi che non è possibile rivelarli sperimentalmente.
“Quello che si è trovato finora è che, per vari valori del campo magnetico indotto, quando il campo magnetico specchio ha un valore di circa 0.1 Gauss, di poco inferiore a quello terrestre, la probabilità di un’oscillazione del neutrone è significativa.”
In pratica, si è trovato in quali condizioni la sparizione di questi neutroni è più probabile ma perché e come ciò avvenga non è ancora chiaro.
“Ciò che manca per dimostrare questa teoria è l’oscillazione di ritorno,” conclude Nesti, “ovvero il neutrone specchio che ritorna neutrone. Il problema è che, mentre nel ‘nostro’ mondo possiamo costruire un contenitore come quello dell’esperimento francese per intrappolare i neutroni, non abbiamo invece nessun controllo su quello che succede dall’altra parte. Per questo motivo si sta già pensando a nuovi esperimenti per aggirare il problema. Per esempio lanciando i neutroni contro uno schermo attraverso il quale non possano passare. Se avviene la trasformazione, i neutroni specchio riusciranno invece a attraversarlo e, nel caso si ritrasformassero in neutroni, sarebbe possibile rivelarli dopo l’ostacolo. Questo si chiama esperimento di rigenerazione e se fosse positivo sarebbe la conferma che cerchiamo.”
La scoperta di un mondo parallelo e di un campo magnetico specchio intorno alla Terra, generato appunto dalle particelle specchio, “potrebbe dare informazioni cruciali sull’accumulazione di materia oscura nel Sistema Solare e sulla Terra,” scrivono gli autori. “Il risultato, se confermato dai futuri esperimenti, avrà profonde conseguenze per la fisica delle particelle, per l’astrofisica e per la cosmologia.”
Crediti immagine: NASA Goddard Photo and Video (Flickr)
