La lente gravitazionale: una delle prove dell'esistenza della materia oscura. (http://scienzapertutti.lnf.infn.it/index.php?option=com_content&view=article&id=1735&Itemid=487)

Questa materia oscura, che non assorbe e non emette radiazioni luminose, è composta da particelle sub-atomiche diverse da quelle che conosciamo, quali gli elettroni o i quark (che formano neutroni e protoni). Le evidenze sperimentali della presenza di materia oscura si sono accumulate negli anni. Tra queste troviamo la velocità della grande nube di Magellano che ruota intorno alla nostra galassia più velocemente di quanto possa essere previsto considerando gli effetti della sola materia ordinaria. Questo problema dell massa mancante è noto fin dal 1933 e ad accorgersene fu l'astronomo svizzero Fritz Zwicky, osservando l'ammasso di galassie della costellazione della Chioma di Berenice. Un'altra prova dell'esistenza della materia oscura è il cosiddetto fenomeno della lente gravitazionale. I raggi luminosi vengono deviati quando passano vicino ad una massa. Questo lo capirete bene quando studierete che anche i raggi luminosi sono fatti di particelle, i fotoni, che interagiscono gravitazionalmente. Quando un raggio di luce passa vicino ad una galassia, possiamo osservare la sua deviazione. A volte succede, però, che si osserva la deviazione del raggio luminoso ma nessuna massa che lo devia. In questo ultimo caso la deviazione è dovuta a materia oscura che si trova tra noi e la fonte del raggio luminoso. Bene, non ci sono più dubbi sulla sua esistenza. Ora la domanda è: di cosa è fatta? Gli scienziati parlano di due tipi di materia oscura: quella fredda e quella calda. Quella fredda dovrebbe essere in maggiore quantità e le particelle che la costituiscono devono essere neutre, non cariche, il che spiega, in parte, la scarsa interazione con la materia ordinaria. Oggi si parla di WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), particelle prodotte nelle primissime fasi dell'Universo dopo il Big Bang, neutre, con massa elevata e non interagenti, se non debolmente, con la materia ordinaria. Ma queste WIMPs le possiamo "vedere"?

Annichilazione tra elettrone e positrone. (http://scienzapertutti.lnf.infn.it/images/stories/atomi_particelle/scienzapertutti_particelle_antiparticelle.gif)

Gli astrofisici sono a caccia di WIMPs e utilizzano diverse strategie. Al CERN, Centro Europeo per la Ricerca Nucleare, di Ginevra cercano di riprodurre nell'acceleratore LHC le condizioni iniziali del Big Bang per poter osservare "qualcosa" che potrebbe essere simile alla materia oscura; osservando i raggi cosmici si stanno cercando le tracce di interazioni deboli nello spazio che potrebbero essere dovute alla materia oscura; in alcuni laboratori sotterranei con rivelatori ultrasensibili si cercano ugualmemte le prove di interazioni "non convenzionali".
Gli astrofisici hanno ipotizzato che le WIMPs, che si trovano nell'alone galattico della Via Lattea, possono interagire tra di loro ed annichilirsi, producendo particelle secondarie che possono essere osservate più facilmente. Ma che significa annichilazione? Ed ecco un altro argomento affascinante. Per ogni particella esiste una cosiddetta antiparticella, di massa uguale, ma carica opposta. Per esempio l'antiparticella dell'elettrone è il positrone, stessa massa, ma carica positiva. Se due antiparticelle si incontrano si annullano l'una con l'altra, in un processo chiamato appunto annichilazione. Il Big Bang ha prodotto un'eguale quantità di particelle e antiparticelle ma poi, per una ragione ancora non perfettamente nota, la materia ha prevalso sull'antimateria. Oggi è facile produrre un positrone in laboratorio, molto più difficile poter ottenere antiatomi e anche per l'antimateria la caccia è aperta! Dal 2011 è in orbita uno spettrometro molto particolare, AMS (Alpha Magnetic Spectrometer), che sta raccogliendo dati sull'antimateria e forse ci dirà qualcosa di più anche sulla materia oscura. Nell'aprile dello scorso anno AMS ha fornito i primi risultati derivati dall'analisi di 25 miliardi di particelle!!! L'antimateria c'è. E le WIMPs? Dobbiamo avere ancora un po' di pazienza.

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)