Alla ricerca della materia oscura con i rilevatori quantistici più freddi al mondo

Roma –  Con le tecnologie quantistiche più avanzate potrebbe essere possibile realizzare dei rilevatori di materia oscura estremamente sensibili, capaci di rivelare uno degli elementi più misteriosi dell’Universo. Questa l’interessante prospettiva presentata dagli scienziati della Lancaster University, dell’Università di Oxford e della Royal Holloway, Università di Londra, che hanno presentato il proprio lavoro nel corso della mostra “Una visione quantistica dell’universo invisibile”, esposta durante la Summer Science Exhibition, un evento di punta della Royal Society. Il team, guidato da Michael Thompson, Edward Laird, Dmitry Zmeev, Samuli Autti, Jocelyn Monroe ha realizzato dei rilevatori di materia oscura più sensibili rispetto alle alternative precedenti. L’Universo, spiegano gli esperti, è formato per l’80 per cento da materia oscura, un elemento che non può essere visto, ma di cui si conoscono gli effetti che esercita sulla gravità. “L’utilizzo di tecnologie quantistiche – afferma Autti – ci permette di raggiungere un livello di sensibilità mai ottenuto prima. Potremmo essere finalmente in grado di risolvere uno dei più grandi enigmi dell’astronomia”. In effetti, aggiungono gli autori, esistono prove osservative indirette della densità tipica della materia oscura, ma la massa delle particelle costituenti e le loro possibili interazioni con gli atomi ordinari sono ancora avvolte dal mistero. La teoria della fisica delle particelle suggerisce due probabili candidati che potrebbero essere alla base di questo elemento: delle particelle associate a interazioni estremamente deboli, e assioni, particelle simili a onde luminose. I ricercatori stanno progettando due diversi esperimenti per vagliare entrambe le ipotesi. In particolare, riportano gli studiosi, interazioni deboli potrebbero essere rilevate attraverso le collisioni con la materia ordinaria. Il progetto Quantum Enhanced Superfluid Technologies for Dark Matter and Cosmology (QUEST-DMC) mira a raggiungere una sensibilità compresa tra 0,01 e pochi atomi di idrogeno. Per paragone, le tecnologie attuali consentono di rilevare oggetti di massa compresa tra cinque e mille volte quella di un atomo di idrogeno. Il nuovo rilevatore è costituito da elio-3 superfluido, raffreddato in uno stato quantico macroscopico e dotato di amplificatori quantici superconduttori. Al contrario, se la materia oscura fosse composta da assioni, sarebbero estremamente leggere, più di un miliardo di volte più leggere di un atomo di idrogeno, ma di conseguenza più abbondanti. Gli scienziati non sarebbero in grado di rilevare le collisioni con gli assioni, ma potrebbe essere possibile individuare una firma diversa, un segnale elettrico che si verifica quando gli assioni decadono in un campo magnetico. Questo effetto può essere misurato solo utilizzando un amplificatore estremamente sensibile che funzioni alla massima precisione consentita dalla meccanica quantistica. Il progetto Quantum Sensors for the Hidden Sector (QSHS) si pone quindi l’obiettivo di sviluppare una nuova classe di amplificatori quantistici in grado di individuare il segnale di un assione. “La scienza – commenta Carlos Frenk, membro della Royal Society e presidente del Public Engagement Committee dell’evento – può aiutarci a comprendere il mondo in cui viviamo. Rinnoviamo l’invito a partecipare alla Summer Science Exhibition con mente aperta, curiosità ed entusiasmo, per celebrare gli incredibili risultati scientifici raggiunti finora”. (30science.com)