Il mistero delle WIMPs

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Cosa sono le WIMPs?
Avete ragione. Spieghiamo.
Diciamo subito che sono particelle. O per meglio dire, sarebbero dovute essere delle particelle particolari. Ma per capire bisogna raccontare un po’ tutta la storia partendo dalla ipotesi della loro esistenza.

Tutto ha inizio quando gli scienziati hanno ipotizzato la presenza di un’altra materia nell’universo in aggiunta alla materia ordinaria che vediamo e di cui noi siamo composti.

Molti ne hanno parlato, molti ne parlano, alcuni la cercano, nessuno sa cos’è: è quella che comunemente viene chiamata “materia oscura”.
Di questa materia sappiamo cosa non è, e come si comporta, ma nessuno finora è riuscito a capire di che cosa è fatta.

Come facciamo a sapere che c’è?
L’esistenza della materia oscura è stata postulata alcuni decenni fa per rendere conto della dinamica delle galassie, e in particolare della velocità delle loro porzioni più periferiche. La sola materia osservabile infatti non è sufficiente a far quadrare le osservazioni con le leggi della dinamica newtoniana. E non si tratterebbe di una presenza marginale: secondo le stime, la materia oscura sarebbe quattro volte più abbondante di quella ordinaria, e costituirebbe tra il 25 e il 27 per cento dell’universo.

Spiego meglio.
Nell’osservare le galassie è stato notato qualcosa di sorprendente. Per la legge di Keplero le stelle più esterne dovrebbero girare più lentamente di quelle interne. Invece si è visto che vanno incredibilmente alla stessa velocità di quelle più vicine al centro.

La causa di questo fenomeno è la forza di gravità esercitata da qualcosa di invisibile che eserciterebbe una spinta gravitazionale aggiuntiva.

Questa cosa invisibile è la materia oscura, una specie di nuvola, un alone molto più grande delle galassie stesse. Questa nuvola di materia è molto più sferica delle galassie stesse, e si estende per un raggio molto più vasto della galassia.
In pratica la velocità con cui le galassie orbitano negli ammassi è troppo alta, quindi devono essere avvolte da una materia sconosciuta.

Questa enorme quantità di materia sconosciuta ha fatto capire solo recentemente che la materia ordinaria di cui è composto l’universo, (e per ordinaria intendo voi, io, i pianeti, le stelle, le galassie) costituisce solo una piccola percentuale di quello che è contenuto nell’universo. Quasi il 4%, approssimativamente, mentre il 26% di tutta la materia nell’universo, è costituito di sostanza invisibile. La parte rimanente dell’universo è costituita da un componente altrettanto misterioso pari al 70% chiamate energia oscura.

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Perché invisibile?
Per invisibile si intende che non assorbe nello spettro elettromagnetico. Non emette nello spettro elettromagnetico. Non riflette. Praticamente non interagisce con lo spettro elettromagnetico, che è ciò che utilizziamo per rilevare le cose. Non interagisce in alcun modo. Questo fa sì che la materia non è visibile. Per questo è chiamata materia oscura.

E’ proprio materia?
La materia oscura, per quanto misteriosa, ha gli stessi comportamenti della materia comune almeno per ciò che riguarda l’interazione con lo spazio e con il tempo: si diluisce quando può espandersi in un volume più ampio ed esercita la stessa attrazione gravitazionale della materia ordinaria.

Non interagendo con la materia ordinaria, la materia oscura è il primo tipo di elemento che si espande insieme all’Universo e il primo a formare strutture grazie alla sua stessa forza gravitazionale.
La materia oscura dà cioè forma ai primi filamenti che formano la struttura delle galassie. Si addensa attorno a questi, attratta dalla loro forza di gravità, converge la materia ordinaria, ma non forma materia solida. La sua interazione è troppo debole perché riesca a formare oggetti densi come pianeti, ma si condensa in “nuvole” che si muovono nelle galassie. La densità di queste nuvole varia ed è maggiore verso il centro delle galassie stesse. E poiché la materia oscura non ruota insieme alle stelle, sistemi solari come il nostro si muovono all’interno di un vento di particelle di materia oscura.

Fin qui tutto chiaro? Ma allora di che cosa è fatta la materia oscura?

WIMPs
Sappiamo che esiste ma nessuno sa di che cosa sia fatta, anche se sono state avanzate diverse ipotesi.
Fino a qualche anno fa, la risposta più comune sarebbe stata che la materia oscura fosse fatta di una classe di particelle sconosciute a cui è stato dato il nome di WIMPs (da weakly interacting massive parcicles), ovvero particelle massive debolmente interagenti con sé stesse e con il resto della materia.
Le WIMPs fanno parte della materia esotica (particelle effimere) e interagirebbero con la materia ordinaria solo tramite la forza di gravità e la interazione debole.
Sono particelle “fredde” ovvero particelle che si sono disaccoppiate dall’equilibrio termico dell’Universo primordiale.

Questi presunti corpuscoli non emettono (né riflettono) luce e attraversano come fantasmi la materia ordinaria.

Dal momento che interagisce debolmente con la materia ordinaria, deve avere una massa sufficientemente grande da poter spiegare con la sua influenza gravitazionale la formazione e la dinamica delle strutture cosmiche osservate dagli astronomi.

Tuttavia le WIMP non fanno riferimento ad una precisa teoria delle interazioni fondamentali. Sono necessarie motivazioni fisiche più profonde per spiegare l’esistenza di particelle con tali caratteristiche. Tanto è vero che non sono contemplate nel Modello Standard della fisica delle particelle.

Chi l’ha vista?
Finora nessuno. Per scovarla si è fatto ricorso all’esperimento LUX ubicato a 1500 metri di profondità in una miniera del South Dakota.
L’idea è molto semplice: si prende una gran quantità di materiale (Xenox liquido) con le giuste caratteristiche, la si colloca al riparo da sorgenti di disturbo esterne, e si aspetta con pazienza di osservare le rarissime interazioni tra particelle di materia oscura e nuclei degli atomi del materiale.

Dopo 20 mesi di osservazioni non è stata trovata nessuna prova della esistenza delle WIMPs. Un colpo di grazia per chi ci aveva sperato.
Le WIMPs, dunque, non esisterebbero.

Quindi?
Un bel pasticcio. Secondo il fisico israeliano Mordehai Milgrom, per esempio, la materia oscura non esiste affatto: è la gravità che bisognerebbe riscrivere. Ai margini delle galassie, afferma, questa forza sarebbe più intensa di quanto ipotizzato dalle attuali teorie.

Stealth
Una nuova teoria ipotizza che la materia oscura non sia formata da un unico tipo di particella ma che, come la materia ordinaria, abbia una natura composita, formata da una sorta di “quark oscuri” confinati in nuclei con una massa pari a centinaia di volte quella di un protone o un neutrone.
Questa forma di materia oscura composita, che i ricercatori hanno chiamato stealth (furtiva, nascosta) ed è diversa dagli altri tipi di materia oscura ipotizzata finora, sarebbe inoltre formata da componenti elettricamente cariche, a dispetto del fatto che la materia oscura non interagisce direttamente con la forza elettromagnetica, nemmeno con le forze nucleari deboli e forti, ma solo con la forza gravitazionale. Motivo per cui sappiano dell’esistenza della materia oscura solo grazie ai suoi effetti gravitazionali sulla materia ordinaria.
A tenere insieme questi nuclei e a far sì che abbiano interazioni minime con la materia ordinaria sarebbe una forza ancora sconosciuta, che avrebbe un ruolo in qualche modo corrispondente a quello della forza forte che consente ai nuclei di materia ordinaria di restare coesi.

Insomma molte idee e poche certezze.
Non rimane ai fisici teorici di ritornare alla lavagna per inventare nuove spiegazioni al fenomeno della materia oscura. Se esiste per davvero.

(fonte: Le Scienze, Focus, INFN)

Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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7 risposte a Il mistero delle WIMPs

  1. gabriarte ha detto:

    un saluto e una carezza a bleff

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  2. MARGHIAN ha detto:

    Ciao Bruce. Un argomento interessantissimo – che, pero’, non interessa, chi ne ha sentito piu’ parlare? Dico, nei discorsi fra la gente-.
    Leggendo, ho letto delle osservazioni a me un po’ “familiari”, perche’ simili ad alcune mie riflessioni di fantasia. Una e’ che la materia oscura potesse essere “organizzata”. Wimp o non Wimp, che queste particelle che elettromagneticamente non interagiscono con la materia ordinaria potessero interagire “fra di loro”. L’energia oscura essere diciamo “la luce” della materia oscura – magari i conti non tornerebbero, l’energia oscura sarebbe molta di piu’, che ne so… – ed eventuali assurdi esseri fatti di questa materia “la vedrebbero”. Avevo pensato ad “atomi” di materia oscura, tipo come hai scritto tu, “..come la materia ordinaria, abbia una natura composita, formata da una sorta di “quark oscuri” confinati in nuclei”.
    Poi avevo pensato anche al fatto che questa materia oscura potesse anche “non esistere”, e noi avere l’impressione che ci sia per delle cose di carattere gravitazionale – e di altra energia o cause sconosciute – , un po’ tipo i miraggi.
    Parecchi anni fa in una rivista avevo letto la teoria di uno o piu’ scienziati che pensarono che delle “irregolarita’ gravitazionali”, non so bene, dessero l’impressione della presenza di materia o di energia oscura, di questo “qualcosa in piu'”.
    Affascinante pensare a come tutto sia come “stabilito”- non che lo sia, ma che lo sembri: la quantita’ di materia oscura essere del 26 per cento, e non del 50 per cento se no l’universo sarebbe collassato quasi sul nascere; che l’energia oscura, se c’e’, sia del 70 % cosi’ che quel 4% cioe’ anche noi, si possa esistere. Ci capiremo qualcosa?🙂 Ciao.

    Marghian

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    • bruce ha detto:

      Anch’io avevo dato per scontato l’esistenza delle WIMPs. Pensavo: se questa materia non si vede è perchè non riflettono luce nè la emettono, quindi devono essere per forza delle particelle sconosciute. Poi visto che non si condensa per formare pianeti, devono essere una specie di particelle fliude che risentono della attrazione della materia ordinaria visto che circondano le galassie. Ora che non si riescono a rilevare allora bisogna proprio pensare a modificare la legge gravitazionale che agisce in modo differente in presenza di grandi concentramenti di materia. Sto approfondendo questo argomento, e forse scrivo qualcosa. Lo chiamerò il flusso cosmico.
      Notte.

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    • bruce ha detto:

      “…. non interessa, chi ne ha sentito piu’ parlare? Dico, nei discorsi fra la gente…”
      Tanto è vero che ne parlo oramai con il mio cane🙂
      Siamo al solito discorso caro Marghian. Ho provato ad inserire i miei articoli anche su FB, interessano solo quattro gatti (anche se preferisco i cani). La gente non vuole più interessarsi di scienza, troppa fatica, la gente non vuole impegnarsi, diversamente se scrivo frivolezze.
      Ciao

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  3. MARGHIAN ha detto:

    Bellissima l’immagine postata: sembrano delle sinapsi del cervello: di un cervello detto Universo🙂

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  4. MARGHIAN ha detto:

    “Impossibile vedere la pagina web”, e poi due volte il commento. Magari uno lo cancelli…

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  5. Ekk0 ha detto:

    chissà che campi elettromagnetici

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