[...] Vedremo l’origine dell’universo, che cosa è successo un decimo di miliardesimo di secondo dopo il Big Bang, perché quelle sono le condizioni che verranno ricreate. Un progetto simile non è mai stato tentato, ed è il più ambizioso al mondo. Non poteva succedere che qui al Cern, il più importante laboratorio planetario per la fisica delle particelle, l’impresa che (dal 1954) tiene insieme venti stati membri europei, e circa sessanta di tutto il mondo, impegnando ogni giorno ottomila (...)

  Facciamo chiarezza sulla materia oscura
  Per chi la scopre, Nobel sicuro. Ma l’ultimo esperimento Xenon ha deluso le aspettative

  di Amedeo Balbi (il Fatto - Saturno, 06.05.2011)

C’È UN ROMPICAPO che da parecchi decenni tiene occupato chi studia l’universo, e che stenta a trovare una soluzione. Erano gli anni Trenta del secolo scorso quando Fritz Zwicky, un astronomo svizzero emigrato in California, fece un’osservazione sorprendente. Studiando un gigantesco agglomerato di migliaia di galassie noto come “ammasso della Chioma”, Zwicky si rese conto che c’era qualcosa che non tornava: la materia visibile non poteva giustificare, da sola, l’enorme forza di gravità necessaria a tenere insieme l’ammasso. Tentò di attirare l’attenzione dei suoi colleghi sull’apparente contraddizione, e ipotizzò che esistesse una grande quantità di “materia oscura”, non visibile con i telescopi, che facesse da “collante” gravitazionale.

Zwicky aveva fama di eretico, e un carattere difficile. Nessuno diede peso alle sue idee sulla materia oscura. Ma parecchi anni dopo, intorno agli anni Settanta, l’argomento tornò alla ribalta. Diverse osservazioni - soprattutto quelle compiute dall’astronoma Vera Rubin - mostrarono che le galassie ruotavano in una maniera che non era compatibile con la sola presenza della materia che si riusciva a vedere con i telescopi. Di nuovo, sembrava esserci molta materia nascosta alla vista, ma capace di far sentire la sua presenza grazie alla forza di gravità. Questa volta la cosa fu presa seriamente. Negli anni Ottanta, grazie a un numero sempre crescente di conferme osservative, l’esistenza della materia oscura cominciò a essere un fatto accettato dalla maggioranza degli astrofisici. Fritz Zwicky ebbe la sua rivincita, sebbene postuma - è morto nel 1974.

Oggi, sappiamo con certezza che manca qualcosa nel quadro complessivo che usiamo per descrivere il cosmo. L’esistenza della materia oscura è una realtà con cui bisogna fare i conti. Si sono cercate strade alternative per provare a farne a meno (come quelle che prevedono di modificare l’azione della forza di gravità) ma non hanno avuto altrettanto successo. Sembra inevitabile che solo il cinque per cento dell’intero contenuto del cosmo sia fatto della materia che ci è familiare (gli atomi), mentre il venti per cento circa sarebbe costituito da materia non visibile di tipo completamente sconosciuto. E ciò che resta per completare l’inventario sarebbe, da quanto si è scoperto solo recentemente, una forma di energia ancora più esotica, associata allo spazio vuoto.

PARTICELLE ESOTICHE

Messi di fronte all’enigma di cosa potesse essere tutta quella materia che c’è ma non si vede, gli astrofisici hanno dovuto chiamare in soccorso i loro colleghi che studiano la fisica delle particelle elementari. I quali non hanno avuto poi troppe difficoltà a proporre candidati (reali o solo ipotetici) con le caratteristiche adatte al ruolo di inquilino nascosto dell’universo: particelle massicce che non emettono o assorbono radiazione elettromagnetica e che non sperimentano (o quasi) nessuna delle forze note, se non la gravità. Si è provato prima con i neutrini (scartati quasi subito), arrivando poco a poco a suggerirel’esistenzadiparticelle sempre più esotiche, dall’assione al neutralino.

E qui si viene alla nota dolente della questione. Se da un lato gli astrofisici sono assolutamente persuasi del fatto che la materia oscura sia reale, e che se ne possano vedere un po’ ovunque nel cosmo gli effetti gravitazionali che esercita sulla materia ordinaria, i fisici delle particelle elementari non si accontentano, e vorrebbero trovare una prova diretta dell’esistenza delle fantomatiche particelle. Il problema è che acchiappare una particella che è, per sua stessa natura, cocciutamente restia a interagire col mondo, è un’impresa complicatissima.

Eppure, ci si è provato in tutti i modi. Anche perché la posta in gioco è un premio Nobel sicuro. Ma finora non si è arrivato a un risultato conclusivo. L’ultimo in ordine di tempo a deludere le attese di chi spera di afferrare le particelle imprendibili è stato l’esperimento Xenon100, sepolto nelle profondità dei laboratori del Gran Sasso in modo che gli enormi strati di roccia della montagna lo tengano al riparo dalle distrazioni delle particelle ordinarie, lasciando passare soltanto le elusive particelle di materia oscura. Il sensibilissimo rivelatore di Xenon100 avrebbe dovuto vedere i piccoli e rari lampi causati dall’urto delle particelle di materia oscura con il cuore dell’apparato sperimentale (una grossa massa di atomi di xenon liquido purissimo, appunto). E in effetti ne ha visto qualcuno, ma non abbastanza: soltanto tre, un numero compatibile con il fondo naturale di radiazione. Fine della storia?

Le cose sono più complicate. L’e-sperimento DAMA, anch’esso operante nei laboratori del Gran Sasso, ormai da diversi anni riporta evidenze di variazioni stagionali nei segnali catturati dal suo rivelatore: variazioni che sarebberodovutealmotodellaTerra rispetto alle particelle di materia oscura presenti nella nostra galassia. Proprio in questi giorni, un esperimento indipendente chiamato CoGeNT, che prende dati da una miniera in Minnesota, ha annunciato di aver trovato conferma a quanto osservato da DAMA.

Riconciliare il risultato negativo di Xenon100 con quelli di DAMA e CoGeNT è possibile, a patto di abbandonare alcuni dei candidati possibili per la materia oscura a favore di altri. Ma se il cerchio continuasse a stringersi, le alternative potrebbero esaurirsi. Ora gli occhi dei fisici sono puntati a LHC, l’acceleratore del CERN. Tra i tanti prodotti delle tremende collisioni tra protoni che hanno luogo nel suo anello, potrebbe sbucare fuori anche qualcuna delleagognateparticelledimateria oscura. Ma se anche LHC non dovesse trovare traccia delle particelle mancanti, sarà il momento di cominciare a preoccuparsi. E, subito dopo, di farsi venire qualche idea nuova.

Link degli esperimenti: Xenon100: xenon.astro.columbia.edu  / DAMA: people.roma2.infn.it/ da  ma/web/home.html   CoGeNT: cogent.pnnl.gov  /