La materia oscura è uno dei misteri irrisolti della cosmologia moderna. Gli scienziati cercano attivamente di scoprirlo e mapparne la presenza e la distribuzione nell’universo. Di solito, per questo scopo, vengono utilizzati telescopi complessi e molto costosi. Ma ora gli scienziati dell’Università di Chicago e del Laboratorio nazionale di accelerazione Fermi hanno sviluppato un nuovo approccio – un dispositivo da tavolo semplice ed economico chiamato BREAD (“Broadband Reflector Experiment for Axion Detection”) progettato per rilevare la materia oscura. Gli scienziati hanno pubblicato i loro primi risultati sulla rivista Physical Review Letters.
L’esperimento BREAD
Il diagramma di progettazione del dispositivo BREAD. La struttura indirizza i segnali potenziali di materia oscura verso un rilevatore di colore rame. Il rilevatore è sufficientemente compatto da poterlo posizionare su un tavolo.
La materia oscura è uno dei componenti più misteriosi dell’universo. Costituisce circa l’85% di tutta la materia, ma è invisibile ai telescopi convenzionali. La sua esistenza è stata scoperta solo tramite interazione gravitazionale su scala intergalattica. La simulazione mostra che la materia oscura nell’universo è distribuita sotto forma di una rete di filamenti galattici. Non si sa di cosa sia composta la materia oscura. Ma i fisici avanzano varie ipotesi. Uno dei candidati per il ruolo di componente della materia oscura sono gli ipotetici particelle elementari chiamate assioni.
L’esperimento BREAD è mirato alla ricerca di materia oscura in un determinato intervallo di frequenza, dove possono trovarsi assioni e fotoni oscuri associati. Il dispositivo BREAD ha la forma di un’antenna coassiale sotto forma di un tubo metallico curvo, che viene posizionato su un tavolo. Il suo compito è catturare i fotoni e indirizzarli verso un sensore per rilevare gli assioni, che è configurato per cercare particelle elementari con determinati parametri.
Nessuna rilevazione di materia oscura
La prima fase dell’esperimento BREAD è già stata completata e, sfortunatamente, non ha portato a nessuna rilevazione di materia oscura. Tuttavia, la mancanza di risultati non è una delusione, perché questo esperimento ha mostrato una grande sensibilità del dispositivo nell’intervallo di frequenza selezionato. L’esperimento BREAD offre anche una nuova e interessante ricetta per cacciare la materia oscura – è relativamente economico e compatto, consentendo di coprire un’ampia gamma di possibilità rispetto ad altri esperimenti, sebbene con meno precisione. La metodologia di BREAD può essere paragonata alla scansione delle stazioni radio: la ricerca di materia oscura è analoga alla ricerca di una particolare stazione tra milioni di frequenze.
Per gli scienziati, questo esperimento è solo il primo passo in una serie di studi eccitanti che contribuiranno a svelare la natura della materia oscura. Il prossimo passo per l’esperimento BREAD sarà trasferirlo in un’installazione magnetica presso il Laboratorio nazionale di Argonne. Altri laboratori come il Laboratorio nazionale di accelerazione SLAC, il Massachusetts Institute of Technology, il California Institute of Technology e il Laboratorio di propulsione a getto della NASA collaborano anche con l’Università di Chicago e il Fermilab per le fasi future dell’esperimento BREAD.
