Stukhtra

Fornita una stima per la massa minima delle particelle invisibili

di Tobia Dondé

Non sappiamo che cos’è, ma c’è. E ce n’è tanta. Non sappiamo misurarla, ma pesa. E pesa tanto. Lo accerta una coppia di fisici della Brown University, Savvas Koushiappas e Alex Geringer-Sameth, in un articolo che uscirà a breve su “Physical Review Letters”: le particelle di materia oscura sono assai più massicce di quanto si credeva finora.

E' solo una simulazione, di solito la materia oscura non si fa vedere. (Cortesia: Max Planck Institute for Astrophysics)

Non stiamo parlando di bazzecole: siamo nell’ordine dei 40 GigaelettronVolt (GeV), più di 40 volte il peso di un protone. E la cosa sconcertante è che nessuna particella di materia oscura può avere massa inferiore a questa soglia. Precedenti illustri collaborazioni, come DAMA/LIBRA, CoGeNT e CRESST, avevano ottenuto, tramite esperimenti di laboratorio, una stima nell’ordine di 7-12 GeV. Le osservazioni dei due fisici della Brown sembrano smentire tutto ciò. “Se la massa di una particella di materia oscura fosse minore di 40 GeV”, afferma Koushiappas, “la sua quantità nell’universo sarebbe così piccola che esso non potrebbe espandersi con il ritmo che osserviamo oggi”.

La tesi di Koushiappas e Geringer-Sameth è suffragata da evidenze sperimentali: i due, infatti, si sono avvalsi dei dati raccolti dal Fermi Gamma-ray Space Telescope, della NASA, sull’emissione di raggi gamma da parte di sette galassie nane satelliti della Via Lattea. L’elaborazione di questi dati è poi merito di Geringer-Sameth, che ha costruito un innovativo modello statistico per analizzarli. Inoltre il team del Fermi Large Area Telescope è arrivato indipendentemente a un risultato analogo.

Perché i raggi gamma? Perché sono l’unica cosa che riguardi la materia oscura che possiamo vedere davvero. Difatti sappiamo che, come nella materia osservabile, anche nella materia oscura devono esistere particelle e antiparticelle. Il processo attraverso cui materia e antimateria si annientano a vicenda, convertendosi in energia, va sotto il nome di annichilazione. L’energia liberata ha diverse forme (calore, luce eccetera): nel caso della materia oscura, i prodotti dell’annichilazione sono quark e leptoni. I quark e gli antiquark a loro volta si annichilano, producendo fotoni. La radiazione gamma è il miglior indicatore del numero di fotoni presenti in una certa regione di spazio.

Risalendo la catena al contrario, i due scienziati hanno ricostruito il tasso di annichilazione delle particelle di materia oscura all’interno delle sette galassie (particolarmente “pulite” per quanto riguarda il segnale, perché povere di materia non oscura) e, di conseguenza, hanno fornito una stima dal basso per la massa delle particelle collidenti.

Può sembrarci una scoperta priva di interesse pratico. Ma è bene osservare una cosa: energia e materia oscura costituiscono più del 95 per cento dell’universo conosciuto. Di loro si sa poco o nulla, perché le osservazioni avvengono solo in maniera indiretta (in particolare attraverso i loro effetti gravitazionali). Anche un minuscolo indizio sul loro conto potrebbe, in un futuro prossimo, rivelarsi una potentissima arma per la conoscenza della realtà: uno scopo a cui è votata l’intera comunità scientifica. Un’arma? Forse intellettuale. Ricordiamo sempre che stiamo parlando di cose che non potremo mai vedere.

Alex Geringer-Sameth, & Savvas M. Koushiappas (2011). Exclusion of canonical WIMPs by the joint analysis of Milky Way dwarfs with Fermi arXiv arXiv: 1108.2914v2