Abbiamo rilevato energia oscura?



L'energia oscura, la misteriosa forza che fa accelerare l'universo, potrebbe essere stata responsabile dei risultati inaspettati dell'esperimento XENON1T, nelle profondità dell'Appennino italiano.

Un nuovo studio, condotto da ricercatori dell'Università di Cambridge e riportato sulla rivista Physical Review D , suggerisce che alcuni risultati inspiegabili dell'esperimento XENON1T in Italia potrebbero essere stati causati dall'energia oscura, e non dalla materia oscura per cui l'esperimento è stato progettato rilevare.

Hanno costruito un modello fisico per aiutare a spiegare i risultati, che potrebbero aver avuto origine da particelle di energia oscura prodotte in una regione del Sole con forti campi magnetici, anche se saranno necessari esperimenti futuri per confermare questa 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. 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 sì che l'universo si espanda 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 il dott. Sunny Vagnozzi del Kavli Institute for Cosmology di Cambridge, il primo autore della carta. "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".

Per rilevare l'energia oscura, gli scienziati generalmente cercano le interazioni gravitazionali: il modo in cui la gravità attira gli oggetti. E su scale più grandi, l'effetto gravitazionale dell'energia oscura è repulsivo, allontanando le cose l'una dall'altra e facendo accelerare l'espansione dell'Universo.

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 dott. Luca Visinelli, ricercatore dei Laboratori Nazionali di Frascati in Italia, coautore dello studio. "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 popolare 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 osserviamo.

Siamo 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 è a volte indicato come il risultato di una quinta forza sconosciuta.

Tuttavia, sappiamo che la teoria della gravità di Einstein 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 sulle 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 i suoi coautori hanno costruito un modello fisico, che utilizzava 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 affermato Vagnozzi. "Ci consente anche di disaccoppiare ciò che accade nell'universo locale molto denso da ciò che accade su 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 particolare 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 speciale."

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."

Se l'eccesso fosse il risultato dell'energia oscura, i prossimi aggiornamenti all'esperimento XENON1T, così come gli esperimenti che perseguono obiettivi simili come LUX-Zeplin e PandaX-xT, significano che potrebbe essere possibile rilevare direttamente l'energia oscura entro il prossimo decennio.


Fonte :

Materiali forniti dall'Università di Cambridge . Il testo originale di questa storia è distribuito con licenza Creative Commons . Nota: il contenuto può essere modificato per stile e lunghezza.


Riferimento dell'articolo :

  1. Sunny Vagnozzi, Luca Visinelli, Philippe Brax, Anne-Christine Davis, Jeremy Sakstein. Rilevazione diretta dell'energia oscura: l'eccesso di XENON1T e le prospettive future . Revisione fisica D , 2021; 104 (6) DOI: 10.1103/PhysRevD.104.063023

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