Mentre continuiamo a cercare le particelle di materia oscura, una cosa è molto chiara: non possono essere nessuna delle particelle elementari che abbiamo scoperto finora. Le particelle dovrebbero avere massa, ma interagire con la luce solo debolmente. Tra le particelle conosciute, i neutrini corrispondono a questa descrizione, ma i neutrini hanno una massa minuscola e non sono sufficienti per spiegare la materia oscura. Qualche altro tipo di particella deve costituire la maggior parte della materia oscura.
I fisici hanno guardato oltre il modello standard della fisica delle particelle per possibili candidati, e uno che è sembrato promettente è noto come l’assioma. Gli assi sono stati proposti per la prima volta negli anni ’70 per affrontare un problema di simmetria nella fisica delle particelle. Come Emmy Noether per prima cosa sottolineato, la simmetria è fondamentale per la natura della fisica. Nella fisica delle particelle, ci sono tre importanti simmetrie: carica, parità e tempo.
La simmetria del tempo si occupa di come le interazioni appaiono uguali in avanti e indietro nel tempo. Immaginate due palle da biliardo che si scontrano su un tavolo da biliardo. Se si vedesse un video della collisione, sarebbe difficile determinare se il video sia stato invertito senza qualche altro indizio. Le palle da biliardo obbediscono alla simmetria del tempo. La simmetria delle cariche si occupa di come le cariche interagiscono. Due cariche positive si respingono a vicenda, ma anche due cariche negative. Quindi, se vedi due particelle cariche allontanarsi l’una dall’altra, sai solo che hanno lo stesso tipo di carica. La parità ha a che fare con le interazioni specchio-immagine. Se una luna orbita intorno a un pianeta, si comporterebbe allo stesso modo sia che orbiti in senso orario che antiorario. Queste simmetrie possono anche essere combinate. Per esempio, un’interazione simmetrica sotto un’inversione di carica e di parità obbedirebbe alla simmetria CP.
Si scopre che queste simmetrie non sono perfette. Il sito interazione debole è noto per violare la simmetria CP in alcune interazioni circa una volta su mille. Il modello standard prevede questo, ma prevede anche che ci dovrebbe essere una violazione simile nella forza forte. I fisici hanno cercato una tale violazione, ma non l’hanno trovata. È qui che entra in gioco l’assioma. Se esistono gli assi, essi agiscono per sopprimere la violazione della CP nella forza forte, risolvendo il problema della simmetria nel modello standard. Teoricamente, le assi dovrebbero essere abbondanti, avere massa e nessuna carica, rendendole così un buon candidato per le particelle di materia oscura. E un recente studio ha cercato di trovarle.
Poiché le assi non hanno carica, normalmente non interagiscono affatto con la luce. Ma se sono in un intenso campo magnetico, possono essere innescati per emettere fotoni. Se le assi sono raggruppate in modo sufficiente, questi fotoni dovrebbero creare un segnale radio rilevabile. Così il team ha cercato questi segnali provenienti dalle stelle di neutroni. Le stelle di neutroni sono note per avere intensi campi magnetici, e con la loro massa stellare e l’alta densità, probabilmente attirerebbero un sacco di assi.
Utilizzando i dati del Green Bank Telescope in West Virginia e dell’Effelsberg Telescope nel sud-ovest della Germania, il team ha analizzato i segnali radio di due stelle di neutroni. Non hanno trovato alcun segnale di assialità in nessuno dei due. Questo in realtà smorza l’idea che esistano le assi, anche se non esclude completamente le assi.
Quindi sembra che sia i fisici che gli astronomi abbiano motivo di essere delusi. Probabilmente i fisici dovranno cercare altrove una soluzione al loro problema di simmetria, e gli astronomi continueranno a cercare particelle di materia oscura.
Riferimento: Foster, Joshua W., et al.”.Green Bank e il radiotelescopio di Effelsberg Ricerche per la conversione della materia oscura dell’assiale in magnetosfere a stella neutronica.” Lettere di revisione fisica 125.17 (2020): 171301.