Gli assioni, misteriosi “mattoni” della materia oscura teorizzati 43 anni fa da un italiano (morto il 1 giugno)

Per ora, quello registrato dall'esperimento Xenon1T al Gran Sasso è solo un eccesso statistico: ma dietro, spiega il fisico Guido Tonelli, potrebbe esserci la conferma di una teoria ipotizzata 43 anni fa da un fisico italiano (scomparso poche settimane fa) La caccia a questa forma esotica di materia, che non fa luce e la cui presenza è dedotta solo grazie ai suoi effetti gravitazionali, è una delle sfide più importanti della fisica moderna. Il nostro universo è fatto per circa un quarto di questo componente misterioso; senza la materia oscura le galassie, compresa la nostra Via Lattea, non potrebbero formarsi e orbitare stabilmente per miliardi di anni, assumendo le forme caratteristiche che ci sono così famigliari.

Per ora è solo un eccesso, si registrano cioè più eventi di quelli che ci si aspetta; può essere ancora una maligna fluttuazione, uno scherzo della statistica che magari sparirà con osservazioni successive. Oppure, più banalmente, si tratta di un falso allarme, dovuto a una contaminazione inaspettata di elementi radioattivi nell’apparato. Ma la notizia che Xenon1T ha trovato qualcosa di anomalo nei suoi dati ha fatto il giro del mondo.

Il risultato è stato annunciato dall’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, che gestisce e finanzia i Laboratori Nazionali del Gran Sasso, e dai fisici dell’esperimento Xenon1T che hanno costruito l’apparato e analizzato i dati raccolti. Xenon1T è uno dei rivelatori più sensibili al mondo per la ricerca di particelle di materia oscura.

La caccia a questa forma esotica di materia, che non fa luce e la cui presenza è dedotta solo grazie ai suoi effetti gravitazionali, è una delle sfide più importanti della fisica moderna. Il nostro universo è fatto per circa un quarto di questo componente misterioso; senza la materia oscura le galassie, compresa la nostra Via Lattea, non potrebbero formarsi e orbitare stabilmente per miliardi di anni, assumendo le forme caratteristiche che ci sono così famigliari.

La faccenda è complicata perché queste particelle così sfuggenti e diverse da tutte quelle che conosciamo, potrebbero essere estremamente pesanti, veri e propri mostri in termini di massa.

Ma ci sono teorie che prevedono invece che questo gas sottile che pervade larga parte dell’universo sia formato da particelle ultra-leggere, quasi evanescenti.

L’anomalia cui Xenon1T si riferisce potrebbe essere stata prodotta proprio da questo secondo tipo di oggetti, gli assioni.

Si tratta di particelle ipotizzate nel 1977 da Roberto Peccei, un fisico di origine italiana scomparso molto recentemente, e da Helen Quinn, una fisica americana di origine australiana. I due, per spiegare alcune caratteristiche strane dei decadimenti dovuti a interazioni forti, ipotizzarono la presenza di una nuova simmetria che si poteva manifestare in una particelle neutra, leggerissima ed estremamente elusiva.

Poiché la loro ipotesi metteva ordine e faceva pulizia in un argomento che era stato al centro di una lunga serie di dispute, Franck Wilczek, un premio Nobel buontempone, propose il nome assione, prendendolo a prestito da un celebre detersivo degli anni cinquanta. Lo scherzo di Wilczek prese piede e da allora è questo il nome che si usa per queste fantomatiche particelle, mai scoperte fino ad ora, e che potrebbero essere il principale componente della materia oscura.

L’eccesso di eventi di fondo registrato da Xenon1T potrebbe essere il primo segnale di assioni prodotti dal Sole ma gli stessi autori dell’articolo suggeriscono altre ipotesi. La più banale, una minuscola contaminazione di Trizio, un isotopo radioattivo dell’idrogeno che, disintegrandosi avrebbe prodotto l’eccesso di segnali. In alternativa ci potrebbero essere spiegazioni collegate a sottili anomalie nelle caratteristiche dei neutrini. I risultati insomma sono ben lontani dall’essere conclusivi.

Se fossero assioni solari si dovrebbe vedere una modulazione nella loro frequenza in corrispondenza dei periodi di maggiore o minore distanza dal Sole. Se l’effetto è dovuto a statistica o a una contaminazione, aumentando la massa sensibile del rivelatore, come Xenon1T si appresta a fare, si dovrebbero raccogliere presto dati più convincenti per confermare o smentire la presenza di un segnale. Rimanete in ascolto.