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La materia oscura ( dark matter ) dovrebbe essere una nuova sorgente di colla gravitazionale allo scopo di spiegare come mai la nostra galassia gira tanto velocemente senza andare in frantumi. E infatti il problema della materia oscura è nato dallo studio rigoroso di quanta luce emettono le galassie, dalla velocità con la quale esse girano e dal legame gravitazionale che ad esse riusciamo ad attribuire, facendo tesoro delle leggi scoperte da Galilei, Newton e Einstein. Fu il grande (...)

(...) astrofisico Daniel Chalonge a mettere nel mio bagaglio culturale il concetto di dark matter . Eravamo a metà degli anni Cinquanta del secolo scorso nel più alto laboratorio di raggi cosmici d'Europa (Jungfraujoch), nelle Alpi svizzere (catena della Jungfrau). Ero il più giovane allievo del professor Patrick Blackett, nel cui laboratorio erano state scoperte le particelle dette strane. Il motivo di questo nome stava nella novità della scoperta, da nessuno immaginata. Grazie alle particelle strane mi trovavo nello stesso laboratorio in cui lavorava un gruppo di astrofisici francesi diretto da Chalonge. «Cosa mai saranno queste particelle strane?» mi chiedeva. «E cosa mai sarà la materia oscura?» gli chiedevo io.

Dopo più di mezzo secolo, abbiamo capito tutto sulle particelle strane tant'è che siamo alle porte del supermondo. Della materia oscura si sa invece poco. Pochissimo. A parte il dettaglio incredibile che dovrebbe essere molto più abbondante della materia a noi familiare (protoni, neutroni ed elettroni) che permette alle stelle di brillare. Se la materia nel cosmo fosse soltanto quella che riusciamo a vedere - le stelle e tutti i corpi celesti che emettono radiazione osservabile con i nostri strumenti - il cosmo non potrebbe esistere. Senza dark matter in grado di esercitare più attrazione gravitazionale di tutte le stelle che brillano la nostra galassia e così tutte le altre galassie che sono state scoperte dai tempi di Chalonge a oggi non riuscirebbero a stare incollate gravitazionalmente come noi, di fatto, le osserviamo con i nostri strumenti. Di cosa consiste questa dark matter però nessuno lo sa. Si sa soltanto che deve interagire pochissimo con la materia a noi familiare. Forse solo attraverso l'attrazione gravitazionale, che è miliardi di miliardi di volte più debole delle forze subnucleari. Una possibile sorgente di dark matter potrebbero essere i neutralini (da non confondere con i neutrini) che sono la cenere del supermondo. Chi scrive ha determinato il limite minimo della massa che dovrebbero avere i neutralini. Una loro proprietà importante è che dovrebbero produrre antielettroni e antiprotoni, esattamente come mostrano i dati sperimentali di Ams.

L'unica cosa certa sulla materia oscura è che deve produrre attrazione gravitazionale. Se di dark matter ce ne fosse una quantità equivalente a qualcosa come un centesimo di millesimo di miliardesimo di miliardesimo di grammo per metro cubo, l'espansione dell'universo, pur rallentando nel tempo molto lentamente, non si fermerebbe mai. In questo caso si dice che lo spazio-tempo è piatto. Se la densità fosse più alta vincerebbe l'attrazione gravitazionale e l'universo avrebbe come destino il collasso cosmico.

Per conoscere le sorti dell'universo bisognerebbe non dimenticare l'energia del vuoto detta anche dark energy . Essa ha azione repulsiva e potrebbe corrispondere - secondo quello che dicono recenti osservazioni astrofisiche - a una notevole frazione (addirittura intorno al 70 per cento) dell'energia totale dell'universo.

Una cosa è certa. La dark matter e l'energia del vuoto sono le quantità dominanti rispetto a ciò che sono la materia e l'energia a noi familiari.

Passiamo agli altri obiettivi di Ams. Nel mondo in cui viviamo predomina la materia. Ai tempi della sua nascita (con il famoso Big bang) è stata prodotta la stessa quantità di materia e di antimateria. Dove è finita l'antimateria? Due altri scopi di Ams sono proprio cercare l'antimateria nel cosmo e l'origine dei raggi cosmici. Appuntamento alla prossima scoperta.

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Marino a pagina 16