Coelum Astronomia 210 - 2017 - Page 73

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Di certo non sono state ancora osservate sperimentalmente – esistono ancora limiti osservativi sulla forza delle interazioni della materia oscura con se stessa e con particelle di materia ordinaria – e al momento non è nemmeno ancora chiaro se tali interazioni debbano esistere o meno.

Che criteri esistono quindi per guidare chi, proprio come me, si occupa di formulare candidati teorici per il costituente particellare della materia oscura?

Un primo criterio è la possibilità di, come si suol dire, prendere due (o più!) “piccioni con una fava”: certi candidati di materia oscura, come l’assione, il neutrino “sterile” o i cosiddetti WIMP (acronimo per Weakly Interacting Massive Particle, o particella massiva interagente attraverso interazioni deboli) emergono naturalmente nel contesto di teorie che risolvono altre questioni aperte in fisica delle particelle.

Ad esempio, l’assione appare “gratis” in teorie che risolvono il cosiddetto “strong CP-problem” della Cromodinamica Quantistica (QCD). Neutrini sterili compaiono in quasi tutte le teorie che spiegano perché i neutrini che conosciamo (“attivi”) hanno massa non nulla e oscillano tra “flavor” diversi. Infine, candidati WIMP esistono quasi inevitabilmente in supersimmetria e in certe

Con il termine WIMP, acronimo inglese di Weakly Interacting Massive Particle (particelle elementari massive a interazione debole), si indica una classe di ipotetiche particelle, di diversa natura, ma con caratteristiche comuni: devono essere neutre, dotate di massa e sperimentare interazione debole (principalmente tramite la gravità e la forza nucleare debole) con la materia normale, detta barionica, e per questo costituiscono il candidato ideale per formare la Materia Oscura.

Si parla quindi di particelle ipotetiche, teorizzate da alcune estensioni del Modello Standard.

Una teoria, in particolare, sembra molto promettente: quella della Supersimmetria, chiamata amichevolmente “Susy”, contrazione dell’espressione inglese Super Symmetry. In questa teoria, ogni particella di materia ordinaria ha un suo corrispettivo supersimmetrico, di uguali proprietà tranne che per lo spin.

La supersimmetria, tuttavia, non è stata finora osservata sperimentalmente. Se le particelle supersimmetriche esistessero in natura come copie esatte delle loro controparti, fatta eccezione per lo spin, la maggior parte di esse si sarebbe già dovuta osservare in abbondanza. La supersimmetria deve pertanto essere "rotta". La teoria rimane però valida, e seguita, per due motivi principali.

Se si provasse l'esistenza dei partner supersimmetrici si risolverebbe il cosiddetto problema della gerarchia tra la scala elettro debole e quella gravitazionale (o di Planck) nell'espressione teorica della massa del bosone di Higgs.

Un secondo motivo, quello che più interessa a noi, è che essa potrebbe essere, nel nostro mondo, una simmetria “rotta”. Una supersimmetria rotta potrebbe dare origine a particelle supersimmetriche notevolmente più pesanti dei loro partner del Modello Standard. Ma porta anche a far si che la particella più leggera supersimmetrica, il neutralino, abbia tutte le caratteristiche per rientrare nelle WIMP: è stabile, non possiede carica elettrica, le sue interazioni con la materia ordinaria sono solo di tipo debole e si propone in modo naturale come il principale candidato alla materia oscura fredda.

WIMP

Con il termine WIMP, acronimo inglese di Weakly Interacting Massive Particle (particelle elementari massive a interazione debole), si indica una classe di ipotetiche particelle, di diversa natura, ma con caratteristiche comuni: devono essere neutre, dotate di massa e sperimentare interazione debole (principalmente tramite la gravità e la forza nucleare debole) con la materia normale, detta barionica, e per questo costituiscono il candidato ideale per formare la Materia Oscura.

Si parla quindi di particelle ipotetiche, teorizzate da alcune estensioni del Modello Standard.

Una teoria, in particolare, sembra molto promettente: quella della Supersimmetria, chiamata amichevolmente “Susy”, contrazione dell’espressione inglese Super Symmetry. In questa teoria, ogni particella di materia ordinaria ha un suo corrispettivo supersimmetrico, di uguali proprietà tranne che per lo spin.

La supersimmetria, tuttavia, non rientra ancora nel Modello Standard. Se le particelle supersimmetriche esistessero in natura come copie esatte delle loro controparti, fatta eccezione per lo spin, la maggior parte di esse si sarebbe già dovuta osservare in abbondanza. Nonostante le numerose ricerche eseguite non si è ancora trovata alcuna traccia dei partner supersimmetrici. La teoria rimane però valida, e seguita, per due motivi principali.

Se si provasse l'esistenza dei partner supersimmetrici si risolverebbe il problema delle sensibilità matematiche nell'espressione teorica della massa del bosone di Higgs.

Un secondo motivo, quello che più interessa a noi, è che essa potrebbe essere, nel nostro mondo, una simmetria “rotta”. Una supersimmetria rotta potrebbe dare origine a particelle supersimmetriche notevolmente più pesanti dei loro partner comuni, consentendo tra l’altro la soluzione del problema della naturalezza, detto anche problema della gerarchia. Ma porta anche a far si che la particella più leggera supersimmetrica, il neutralino, abbia tutte le caratteristiche per rientrare nelle WIMP: è stabile, non possiede carica elettrica, le sue interazioni con la materia ordinaria sono solo di tipo debole e si propone in modo naturale come il principale candidato alla materia oscura fredda.

WIMP