Numero 7 del 2019

Titolo: Fisica- Quel segnale di materia oscura che non si riesce a replicare

Autore: Davide Castelvecchi

Articolo:
(da «Nature» su «Lescienze.it» del 25 marzo 2019)
Per più di due decenni, un solo esperimento al mondo ha costantemente riferito di aver rilevato un segnale di materia oscura, la massa mancante dell'universo che i fisici cercano da tempo di identificare. Ora, due esperimenti progettati per replicare i risultati usando la stessa tecnologia di rilevazione hanno presentato i loro primi dati. Una risposta definitiva rimane elusiva: anche se i dati iniziali di un esperimento sembrano essere compatibili con i risultati originali, i risultati dell'altro rivelatore vanno in direzione opposta. Ma gli scienziati dicono che grazie a questi esperimenti e ad altri che, secondo i programmi, saranno presto attivi, una risposta definitiva sulla natura del segnale misterioso è ora a portata di mano. «Non c'è davvero alcuna conclusione da trarre a questo punto, se non il crescere della suspense», dice Juan Collar, fisico dell'Università di Chicago, che ha lavorato a diversi esperimenti sulla materia oscura. «Ma gli strumenti sembrano avere una sensibilità sufficiente per dare al più presto risultati conclusivi», afferma Collar.
Interazioni ordinarie
Le osservazioni di come ruotano le galassie e del fondo cosmico a microonde - il «bagliore residuo» del big bang - suggeriscono che la maggior parte della materia nell'universo è invisibile. Questa materia «oscura» mostrerebbe la sua presenza quasi esclusivamente tramite le interazioni gravitazionali con altri oggetti, ma una serie di esperimenti ha cercato per decenni di raccogliere i segni delle sue altre interazioni con la materia ordinaria. Dal 1998, il rilevatore sotterraneo Dama presso il Laboratorio nazionale del Gran Sasso dell'Istituto nazionale di fisica nucleare e il suo successore Dama-Libra hanno registrato una variazione stagionale nei dati. Il rivelatore registra lampi di luce creati quando le particelle collidono con i nuclei atomici in un cristallo di ioduro di sodio altamente purificato. Questi lampi potrebbero essere segnali di materia oscura o di radiazione di fondo vagante - ma i fisici dell'esperimento affermano che la variazione stagionale si verifica perché la Terra si muove attraverso un alone di particelle di materia oscura che circonda la Via Lattea, determinando uno schema ripetitivo. Nel marzo 2018, la collaborazione Dama ha presentato i primi risultati del rivelatore dopo che è stato aggiornato nel 2010. La firma della materia oscura sembrava essere ancora lì. Nel corso degli anni, diversi esperimenti con varie tecniche hanno prodotto risultati apparentemente in contraddizione con Dama. Ma Cosine-100 e Anais sono i primi progetti attivi che mirano a testare le affermazioni di Dama usando gli stessi materiali, ed entrambi sono operativi da più di un anno. Anais nel Laboratorio sotterraneo Canfranc nei Pirenei, in Spagna, ha riferito i suoi primi risultati l'11 marzo. Sulla base di 18 mesi di dati, i risultati sembrano essere in disaccordo con quelli di Dama. I dati di Anais mostrano fluttuazioni, ma non sono le stesse del ciclo annuale di Dama, in cui i segnali raggiungono il picco all'inizio di giugno e il minimo all'inizio di dicembre.
Vicini ma non del tutto
Un altro esperimento che usa ioduro di sodio chiamato Cosine-100, sotto una montagna in Corea del Sud, ha svelato un'analisi simile a quella di Anais nel corso di conferenze di questo mese. Anche questo rivelatore vede una fluttuazione nei suoi dati. Tuttavia, «la nostra è un po' più vicina a quella di Dama», afferma Reina Maruyama, co-coordinatrice di Cosine-100 e fisica della Yale University. (I risultati sia di Anais sia di Cosine-100 sono ancora preliminari e non sono stati ancora sottoposti a peer review). L'analisi di Anais non ha «alcun impatto» sui risultati di Dama-Libra e dei suoi predecessori: i dati sono già stati confermati in oltre 20 cicli annuali indipendenti, afferma Rita Bernabei, fisica dell'Università di Roma Tor Vergata che ha guidato a lungo la collaborazione Dama. Anche se un esperimento dovesse trovare prove forti contro il risultato di Dama-Libra, per molti rivelatori sarebbe utile continuare a raccogliere dati per diversi anni, dice Collar: «Quando un esperimento sta vedendo una cosa come questa e un altro no, ci si chiede se qualcuno ha sbagliato». I ricercatori concordano sul fatto che saranno necessari anni di registrazione dei dati da più esperimenti per sistemare veramente la questione. «Con qualche anno in più di dati, dovrebbero essere in grado di fare una dichiarazione definitiva», spiega David Spergel, il cosmologo che per primo nel 1986 ha previsto l'oscillazione stagionale con due colleghi. La portavoce di Anais Marisa Sarsa, che è anche una fisica dell'Università di Saragozza, in Spagna, afferma che qualunque sia l'esito finale, il suo esperimento dovrebbe aiutare a spiegare che cosa ha causato il segnale stagionale al Gran Sasso. «Ho il desiderio di capire Dama-Libra - dice - non solo per escludere il risultato».