I fisici cercano pareti dei domini cosmici

Strutture esotiche note come le pareti dei domini cosmici potevano essere osservate dalla Terra, misurando l’effetto sottile dei loro campi magnetici, che passano attraverso la nostra galassia. Questa è la conclusione di un team di fisici negli Stati Uniti, il Canada e la Polonia, che ha proposto un nuovo modo di sondare la natura della misteriosa materia oscura e l’energia oscura ritiene che permei l’universo.

L’attuale modello standard del Big Bang della cosmologia presuppone che gran parte della energia dell’universo è contenuta all’interno di due sostanze misteriose – la materia oscura e l’energia oscura. La materia oscura spiega anomalie nel moto delle galassie e si pensa che rappresentano circa il 20% dell’energia dell’universo. L’energia oscura è invocata per spiegare l’espansione dell’universo  che accelera e si calcola di recuperare circa il 75%. Ricerche più dirette suppongono che la materia oscura consiste di un certo tipo di particella, mentre l’energia oscura è spesso presa ad esistere nella forma di una “costante cosmologica” che viene aggiunta all’equazione di campo per relatività generale. Un certo numero di altre possibilità sono state tuttavia avanzate.

Pareti e assioni

Una è l’idea che la materia oscura e l’energia oscura sono invece contenute in oggetti conosciuti come “pareti di domini“. Queste strutture si formano all’interno di un tipo esotico di campo di forza che sono ancora da scoprire.

Le particelle subatomiche conosciute come assioni, originariamente proposte nel 1970 come un modo di rendere conto del fatto che l’universo sembra contenere molto di quanto non faccia l’antimateria. Nell’universo caldo, la forza del campo sarebbe presto variata in modo casuale nello spazio, ma, il cosmo è espanso e raffreddato, nel campo si sono stabiliti valori singoli all’interno delle regioni estese. I confini tra queste diverse regioni sarebbero le pareti di dominio, con il salto improvviso in campo attraverso le pareti dotandoli così di energia.

In ultimo lavoro, una collaborazione guidata dal teorico Maxim Pospelov della University of Victoria in British Columbia e Budker Dmitry sperimentalista della University of California, Berkeley, per stabilire se in tali pareti è stato possibile rilevare con strumenti sulla Terra. Idea dei ricercatori è utilizzare magnetometri, dispositivi costituiti da atomi le cui rotazioni sono inizialmente allineate e può quindi essere ruotata di un campo magnetico esterno. Un campo axion, il che significa che, a differenza di un campo magnetico, che non ha una direzione preferenziale nello spazio e quindi normalmente non influenza l’uscita di un magnetometro. Tuttavia, un cambiamento nella forza di campo, come sarebbe in una parete di dominio, inciderebbe gli spin dell’atomo nel dispositivo.

Per capire se questo effetto può essere misurato, Pospelov e colleghi presumono che le pareti dei domini potrebbero memorizzare una frazione considerevole di una materia oscura dell’universo o l’energia oscura. Su questa base hanno lavorato sia il campo magnetico generato ed efficace il tempo necessario per la Terra di passare attraverso una parete, supponendo che si muove rispetto alla rete di pareti dei domini ad una velocità tipica galattica di un millesimo della velocità di luce. I ricercatori hanno scoperto che per un certo intervallo di valori possibili della massa axion e accoppiamento tra il campo associato e materia ordinaria, sia la forza del campo magnetico effettivo e il tempo di interazione sarebbe all’interno della sensibilità dei magnetometri moderni. Essi hanno inoltre stabilito che tali interazioni avranno luogo almeno una volta ogni pochi anni.

Avvistamenti relativamente rari

Come i ricercatori sottolineano, tuttavia, tali avvistamenti relativamente rari sarebbero difficili da individuare in mezzo al rumore di fondo continuo dallo stesso magnetometro, la sua schermatura e una serie di fonti esterne, quali linee elettriche, macchine che passano o temporali anche magnetici nell’atmosfera terrestre. La soluzione che propongono è di creare una rete di almeno cinque tali dispositivi. Quattro sarebbero per stabilire la velocità e la direzione di marcia di una parete di passaggio. Tali dati saranno utilizzati per calcolare il tempo del muro di interazione con il quinto dispositivo. Se la previsione e la misurazione , dice Budker, “si può essere più sicuri di aver visto una parete di dominio”.

I ricercatori hanno valutato le prestazioni di due prototipi di dispositivi, uno situato a Berkeley e l’altro presso l’Università Jagellonica di Cracovia. Essi hanno dimostrato che possono correlare i segnali dalle due macchine e che può rifiutare una frazione significativa del rumore. Adesso sperano di ottenere fino a circa 10 milioni di dollari di nuovi finanziamenti per costruire la scala di rete, con altri dispositivi potenzialmente situati presso la California State University di East Bay e altrove negli Stati Uniti, così come in altri paesi.

Budker ammette che l’idea di pareti di dominio è “un po ‘esotica” e al di fuori del mainstream quando si tratta di ricerca di materia oscura e l’energia oscura. Riconosce, inoltre, che le incertezze teoriche rendono difficile sapere quali potrebbero essere le probabilità di rilevamento. Ma lui sostiene che la diagnosi non dovrebbe essere presa come l’unica misura del successo. “E ‘molto importante comprendere nella ricerca per la fisica esotica che non vedere qualcosa che non è un fallimento”, dice. “Se invece si esclude tutta una classe di possibili modelli che poi sarà un successo.”

Joana Oliveira dell’Università di Porto in Portogallo, avverte che una rete di pareti di dominio non poteva che contribuire in modo significativo all’energia oscura. Ciò significherebbe che le pareti essendo quasi statiche tra loro, il loro movimento causa l’espansione dell’universo. “La difficoltà nel realizzare questa configurazione è simile a quella che esiste nella prevenzione della schiuma da sciogliere in un bicchiere di birra,” dice.

Pospelov riconosce la difficoltà di elaborare un modello in grado di legare una notevole quantità di energia oscura in pareti di domini. Egli fa notare che semplici modelli proposti in precedenza contenuti in poche pareti per raggiungere questo obiettivo, e come tale sta cercando di sviluppare modelli più elaborati. “Per diventare una teoria legittima, il modello deve essere coerente con quello che sappiamo circa l’evoluzione dell’universo“, dice.

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