L’energia oscura potrebbe essere stata l’oggetto di un rilevamento condotto nel corso dell’esperimento XENON1T che si tiene nei Laboratori del Gran Sasso. La possibile rivoluzione di un giovane nato in provincia di Latina
La notizia è stata appresa negli scorsi giorni grazie alla pubblicazione di un nuovo studio su Physical Review D che descrive alcuni risultati “inaspettati”, oltre che inspiegabili, conseguiti nel corso di un esperimento.
L’autore della scoperta è uno scienziato italiano dell’Università di Cambridge: Sunny Vagnozzi, originario di Terracina. Insieme a Vagnozzi il lavoro – meritorio e apripista di una possibile svolta nel campo dell’energia oscura – è stato confezionato dal collega Luca Visinelli più altri tre co-autori: Philippe Brax, Anne-Christine Davis e Jeremy Sakstein.
È lo stesso Vagnozzi a sottolineare sul suo blog personale la sua origine pontina. “Sono un cosmologo con un background in teoria delle particelle elementari, e le domande principali alle quali voglio dare risposta sono: qual’è l’origine, la composizione e il destino dell’Universo? In pratica sono un ficcanaso affacciato sull’Universo, che si avvale di cosmologia, astrofisica, fisica delle particelle, fisica computazionale, e statistica (di solito tre o più alla volta)“.
“La mia storia va circa così: sono nato a Latina, nato da papà italiano e mamma taiwanese (ex giornalista), che ora vivono in Spagna. All’età di 8 anni mi sono trasferito più a Sud a Terracina, una città meravigliosa nel Centro-Sud Italia, a metà strada tra Roma e Napoli, dove ho vissuto fino all’età di 17 anni. La mia voglia di freddo mi ha portato al Nord per studiare fisica, fare arrampicata su roccia ed escursionismo, e trascorrere 3 meravigliosi anni all’Università di Trento, dove ho conseguito la laurea in fisica. Siccome non era abbastanza freddo (e piovoso), poco dopo mi sono trasferito nel Regno Unito per studiare fisica teorica all’Imperial College London con una borsa di studio Erasmus. Successivamente ho realizzato uno dei miei sogni: vivere “a testa in giù” dall’altra parte del mondo, in Australia. Qui ho studiato fisica teorica delle particelle all’Università di Melbourne, dove ho conseguito la laurea magistrale in fisica. Ma il richiamo del vecchio continente era troppo forte, il che mi ha portato al Niels Bohr Institute di Copenaghen, in Danimarca, per lavorare con il Subir Sarkar sul Sole (argomento molto in linea con il mio nome, lo so!)“.
Insomma un curriculum eccezionale che continua fino a portarlo a essere, ad oggi, un Newton-Kavli fellow presso il Kavli Institute for Cosmology (KICC) dell’Università di Cambridge. Tuttavia, Vagnozzi non scorda le sue radici così come quanto ricorda le immersioni a San Felice Circeo.
LA POSSIBILE SCOPERTA RIVOLUZIONARIA – Ma cosa ha realizzato Vagnozzi insieme al suo collega Visinelli? I due scienziati di Cambridge hanno costruito un modello fisico che potrebbe aver avuto origine da particelle di energia oscura prodotte in una regione del Sole con forti campi magnetici, nonostante saranno necessari esperimenti futuri per confermare la spiegazione. I ricercatori affermano che il loro studio potrebbe essere un passo importante verso il rilevamento diretto dell’energia oscura.
Tutto ciò che i nostri occhi possono vedere nei cieli e nel nostro mondo quotidiano – dalle piccole lune alle enormi galassie, dalle formiche alle balene blu – costituisce meno del cinque percento dell’universo. Il resto è buio, spiega la rivista scientifica che per prima ha dato la notizia.
Circa il 27% è materia oscura – la forza invisibile che tiene insieme le galassie e la rete cosmica – mentre il 68% è energia oscura, che fa espandere l’universo a un ritmo accelerato.
“Nonostante entrambi i componenti siano invisibili, sappiamo molto di più sulla materia oscura, poiché la sua esistenza è stata suggerita già negli anni ’20, mentre l’energia oscura non è stata scoperta fino al 1998“, ha affermato Sunny Vagnozzi – “Esperimenti su larga scala come XENON1T sono stati progettati per rilevare direttamente la materia oscura, cercando segni di materia oscura che “colpisce” la materia ordinaria, ma l’energia oscura è ancora più sfuggente“.
Circa un anno fa, l’esperimento XENON1T ha riportato un segnale inaspettato, o un eccesso, rispetto allo sfondo previsto. “Questi tipi di eccessi sono spesso fortuiti, ma di tanto in tanto possono anche portare a scoperte fondamentali“, ha affermato il co-autore Luca Visinelli dei Laboratori Nazionali di Frascati in Italia. “Abbiamo esplorato un modello in cui questo segnale potrebbe essere attribuibile all’energia oscura, piuttosto che alla materia oscura che l’esperimento è stato originariamente concepito per rilevare“.
A quel tempo, la spiegazione più battuta per l’eccesso erano gli assioni – particelle ipotetiche estremamente leggere – prodotte nel Sole. Tuttavia, questa spiegazione non regge alle osservazioni, poiché la quantità di assioni che sarebbe necessaria per spiegare il segnale XENON1T altererebbe drasticamente l’evoluzione di stelle molto più pesanti del Sole, in conflitto con ciò che viene osservato.
Si è ancora lontani dal comprendere appieno cosa sia l’energia oscura, ma la maggior parte dei modelli fisici per l’energia oscura porterebbe all’esistenza di una cosiddetta quinta forza. Ci sono quattro forze fondamentali nell’universo e tutto ciò che non può essere spiegato da una di queste forze viene talvolta indicato come il risultato di una quinta forza sconosciuta.
La teoria della gravità di Einstein – spiega Physical Review D – funziona molto bene nell’universo locale. Pertanto, qualsiasi quinta forza associata all’energia oscura è indesiderata e deve essere nascosta, o schermata, quando si tratta di scale piccole, e può operare solo su scale più grandi dove la teoria della gravità di Einstein non riesce a spiegare l’accelerazione dell’Universo. Per nascondere la quinta forza, molti modelli per l’energia oscura sono dotati di cosiddetti meccanismi di schermatura, che nascondono dinamicamente la quinta forza.
Vagnozzi e il suo coautore ha costruito un modello fisico che utilizza un tipo di meccanismo di schermatura noto come schermatura camaleontica, per dimostrare che le particelle di energia oscura prodotte nei forti campi magnetici del Sole potrebbero spiegare l’eccesso di XENON1T.
“Il nostro screening camaleontico interrompe la produzione di particelle di energia oscura in oggetti molto densi, evitando i problemi affrontati dagli assioni solari“, ha spiegato Vagnozzi. “Ci consente anche di disaccoppiare ciò che accade nell’universo locale molto denso da ciò che accade sulle scale più grandi, dove la densità è estremamente bassa“.
I ricercatori hanno usato il loro modello per mostrare cosa accadrebbe nel rivelatore se l’energia oscura fosse prodotta in una regione del Sole chiamata tachocline, dove i campi magnetici sono particolarmente forti.
“È stato davvero sorprendente che questo eccesso possa essere stato causato in linea di principio dall’energia oscura piuttosto che dalla materia oscura”, ha detto Vagnozzi. “Quando le cose combaciano in questo modo, è davvero sorprendente“.
I loro calcoli suggeriscono che esperimenti come XENON1T, progettati per rilevare la materia oscura, potrebbero essere utilizzati anche per rilevare l’energia oscura. Tuttavia, l’eccesso originale deve ancora essere confermato in modo convincente. “Dobbiamo prima sapere che questo non è stato semplicemente un colpo di fortuna“, ha detto Visinelli. “Se XENON1T vedesse davvero qualcosa, ti aspetteresti di vedere di nuovo un eccesso simile in esperimenti futuri, ma questa volta con un segnale molto più forte“.
