Ottobre 26, 2021

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L’esperimento XENON1T ha rivelato l’energia oscura

L’energia oscura, la misteriosa forza che causa l’accelerazione dell’universo, potrebbe essere responsabile dei risultati inaspettati dell’esperimento XENON1T, al di sotto degli Appennini italiani.

Un nuovo studio condotto da ricercatori dell’Università di Cambridge e pubblicato sulla rivista revisione fisica d, suggerisce che alcuni dei risultati inspiegabili dell’esperimento XENON1T in Italia potrebbero essere causati dall’energia oscura, non dalla materia oscura che l’esperimento è stato progettato per rilevare.

“Era sorprendente che questo eccesso fosse in linea di principio causato dall’energia oscura piuttosto che dalla materia oscura. Quando le cose si uniscono in questo modo, è davvero speciale”. – Sunny Vagnozzi

Hanno costruito un modello fisico per aiutare a spiegare i risultati, che potrebbero aver avuto origine da particelle di energia oscura prodotte in una regione del Sole con forti campi magnetici, anche se saranno necessari esperimenti futuri per confermare questa interpretazione. I ricercatori affermano che il loro studio potrebbe essere un passo importante verso il rilevamento diretto dell’energia oscura.

Tutto ciò che i nostri occhi possono vedere nel cielo e nel nostro mondo quotidiano – dalle piccole lune alle enormi galassie, dalle formiche alle balene blu – costituisce meno del cinque percento dell’universo. Il resto è buio. Circa il 27% è materia oscura – la forza invisibile che tiene insieme le galassie e la rete cosmica – mentre il 68% è energia oscura, che fa espandere l’universo a un ritmo accelerato.

Il dottor Sunny Fagnozzi del Kavli Institute of Cosmology di Cambridge ha dichiarato: “Sebbene entrambi i componenti siano invisibili, sappiamo molto sulla materia oscura, la sua esistenza è stata suggerita già negli anni ’20, mentre l’energia oscura non è stata scoperta fino al 1998”. . Il primo autore del documento. “Esperimenti su larga scala come XENON1T sono progettati per rilevare direttamente la materia oscura, cercando segni di ‘collisione’ di materia oscura con la materia ordinaria, ma l’energia oscura è più difficile”.

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Per scoprire l’energia oscura, gli scienziati generalmente cercano interazioni gravitazionali: il modo in cui la gravità attira gli oggetti. E su scale più grandi, l’effetto gravitazionale dell’energia oscura è disgustoso, fa a pezzi le cose e fa accelerare l’espansione dell’universo.

Circa un anno fa, lo studio XENON1T ha riportato un segnale inaspettato o aumentato rispetto allo sfondo previsto. “Questi tipi di abuso sono spesso rischiosi, ma possono anche portare occasionalmente a scoperte fondamentali”, ha affermato il dott. Luca Vecinelli, ricercatore dei Laboratori Nazionali di Frascati in Italia, coautore dello studio. “Abbiamo scoperto un modello in cui questo segnale potrebbe essere attribuito all’energia oscura, piuttosto che alla materia oscura che l’esperimento era stato originariamente progettato per rilevare”.

All’epoca, la spiegazione più comune per l’aumento erano gli assioni, particelle ipotetiche e ultraleggere, prodotte dal sole. Tuttavia, questa interpretazione non regge alle osservazioni, perché la quantità di assi necessari per interpretare il segnale XENON1T cambierebbe radicalmente l’evoluzione delle stelle molto più pesanti del Sole, contrariamente a quanto osserviamo.

Siamo lontani dal comprendere appieno cosa sia l’energia oscura, ma la maggior parte dei modelli fisici di energia oscura porterà all’esistenza della cosiddetta quinta forza. Ci sono quattro forze fondamentali nell’universo, e tutto ciò che non può essere spiegato da una di queste forze è a volte indicato come il risultato di una quinta forza sconosciuta.

Tuttavia, sappiamo che la teoria della gravità di Einstein funziona molto bene nell’universo locale. Pertanto, qualsiasi quinta forza associata all’energia oscura è indesiderabile e dovrebbe essere “nascosta” o “esaminata” quando si tratta di scale piccole, e può funzionare solo su scale più grandi dove la teoria della gravità di Einstein non riesce a spiegare l’accelerazione dell’universo. Per nascondere la quinta forza, molti modelli di energia oscura sono dotati di cosiddetti meccanismi di schermatura, che nascondono dinamicamente la quinta forza.

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Vagnozzi e colleghi hanno costruito un modello fisico, che utilizzava un tipo di meccanismo di schermatura noto come alieni camaleonti, per dimostrare che le particelle di energia oscura prodotte nei forti campi magnetici del Sole potrebbero spiegare l’eccesso di XENON1T.

“Setacciare il nostro camaleonte interrompe la produzione di particelle di energia oscura in oggetti molto densi, evitando i problemi che hanno gli assi solari”, ha detto Vagnozzi. “Ci consente anche di separare ciò che accade nell’universo locale molto denso da ciò che accade su scale più grandi, dove la densità è molto bassa”.

I ricercatori hanno usato il loro modello per mostrare cosa accadrebbe nel rivelatore se l’energia oscura fosse prodotta in una particolare regione del sole, chiamata tachocline, dove i campi magnetici sono particolarmente forti.

“È stato davvero sorprendente che questo eccesso sia stato causato in linea di principio dall’energia oscura piuttosto che dalla materia oscura”, ha detto Fagnozzi. “Quando fai clic insieme su cose del genere, è davvero speciale.”

I loro calcoli suggeriscono che esperimenti come XENON1T, progettati per rilevare la materia oscura, potrebbero essere utilizzati anche per rilevare l’energia oscura. Tuttavia, l’aumento originario deve ancora essere confermato in modo convincente. “Dobbiamo prima sapere che questa non è stata solo una coincidenza”, ha detto Vesinelli. “Se XENON1T vede effettivamente qualcosa, ti aspetteresti di vedere di nuovo un eccesso simile nelle prove future, ma questa volta con un segnale molto più forte.”

Se l’eccesso è causato dall’energia oscura, i prossimi aggiornamenti all’esperimento XENON1T, così come gli esperimenti che perseguono obiettivi simili come LUX-Zeplin e PandaX-xT, significano che l’energia oscura potrebbe essere rilevata direttamente entro il prossimo decennio.

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Riferimento: “Direct Detection of Dark Energy: Excess XENON1T and Future Prospects” di Sunny Fagnozzi, Luca Vecinelli, Philip Brax, Ann Kristen Davis e Jeremy Sachstein, 15 settembre 2021, revisione fisica d.
DOI: 10.1103/ PhysRevD.104.063023