Volete un po’ di materia oscura? Nessun problema, ci sono i gravitini!

La quasi totalità del mondo scientifico considera l’Universo composto essenzialmente di materia ed energia oscura. Molte evidenze su scala galattica sembrano confermare questa visione del Cosmo. Tuttavia, finora, nessuno è riuscito a capire di cosa sia fatta. E se non si trova il corpo, è difficile accusare qualcuno di assassinio. A Oslo hanno pensato che forse basterebbe guardare dietro l’angolo e non ipotizzare qualche “animale” immaginario e fantasioso nello zoo delle particelle elementari.

E’ facile dire “materia non barionica”… Ma poi? Innanzitutto, vi sono due possibilità per le particelle che formano la material oscura: o sono di massa infinitesima ma tantissime, oppure sono relativamente poche ma pesanti. Di qui non si scappa. Si era pensato subito al neutrino. Sì, la loro massa era ridicola, però potevano essere veramente molti. Oggi sappiamo che non è così, la massa è troppo piccola in ogni caso. Niente da fare! Bisogna trovare un’altra particella…

Teoricamente, si sa che dovrebbero esistere i gravitoni, quelle ipotetiche particelle che farebbero da messaggeri o intermediari per trasmettere la forza di gravità, come già succede per le altre tre forze della natura. La loro ricerca continua e si spera di riuscire finalmente a scoprirli. A Oslo hanno allora pensato: “Se tutti noi crediamo -giustamente- che il gravitone sia una particella che prima o poi dovrà essere confermata, dobbiamo anche credere automaticamente in un’altra particella: il gravitino”. Sì, ma cosa sarebbe questa particella con un nome abbastanza buffo. Elementare (o quasi): il compagno supersimmetrico del gravitone. Proprio lui avrebbe le giuste caratteristiche per essere il misterioso fabbricante della materia oscura.

Anche se Red ne ha già parlato meravigliosamente, richiamo il concetto di supersimmetria. Gli astrofisici vorrebbero sapere se la Natura è proprio supersimmetrica. In altre parole, se esiste una perfetta simmetria tra materia e forze.  Infatti, a ogni tipo di elettroni o quark corrisponde un “partner” supersimmetrico “pesante”. Queste particelle supersimmetriche si sono create al momento del Big Bang. Se qualcuna di queste è sopravvissuta fino ad oggi potrebbe essere proprio la responsabile della materia oscura.

Il gravitone è la particella che dovrebbe “mediare” la forza di gravità ed è l’unico a restare ancora ipotetico. Conosciamo, ad esempio, benissimo il fratello che media la forza elettromagnetica, il fotone. Il gravitone non dovrebbe avere massa, mentre il suo gemello supersimmetrico potrebbe averne e come. Insomma, a Oslo dicono: “Se esiste il gravitone DEVE esistere anche il gravitino. Non si scappa. Trovato uno deve accettarsi anche il suo gemello pesante.”

Tuttavia, esiste ancora un “problemino” da risolvere. Finché non si riusciranno a unificare le quattro forze non si potrà stabilire la giusta relazione tra gravitone e gravitino. Un bel guaio: un serpente che si morde la coda. Ma cosa vuol dire unificare le forze?

In parole semplicissime, inserire tutte le forze in una singola teoria. Ci si era, in parte, riusciti quando nella metà del secolo scorso i fisici unificarono magnetismo ed elettricità nell’elettromagnetismo. Le altre due sono la nucleare debole e la nucleare forte: la prima è quella che regola la radioattività, la seconda è quella che tiene uniti protoni e neutroni in modo da formare il nucleo atomico. Forze potentissime, specialmente l’ultima, che però lavorano su distanze veramente piccole. Nel 1970 l’elettromagnetismo si unificò con le altre due in quello che viene comunemente chiamato “modello standard”. Rimane fuori solo la gravità. La più debole, ma l’unica che non ha paura della distanza. Purtroppo, malgrado sia quella più facilmente quantificabile o osservabile nessuno è ancora riuscito a inserirla nel Modello Standard. E pensare che se si riuscisse tutta la visione del Cosmo cambierebbe, dato che si avrebbe una stretta relazione tra tutte le particelle della natura. Si otterrebbe finalmente la Teoria del TUTTO.

In altre parole, per riuscirci bisognerebbe fare entrare la gravità nella teoria quantistica. Ossia, trovare un posto al gravitone all’interno del nucleo atomico.

In questo contesto, se la supersimmetria fosse una teoria valida, si risolverebbe “teoricamente” anche il mistero dell’energia oscura. Scoprire il gravitone vorrebbe infatti dire accettare immediatamente l’esistenza del gravitino.

Come passare dalla teoria alla verifica diretta?

Andiamo per gradi. I gravitini si dovrebbero essere formati subito dopo il Big Bang. Tutte le particelle formarono una “zuppa” ultradensa dove si scontravano tra loro continuamente. L’idea è che i gravitini si crearono durante gli urti tra i gluoni, ossia tra i mediatori della forza nucleare forte con altri “colleghi”. Essi dovrebbero quindi essere vecchi come l’Universo.

Contro l’esistenza dei gravitini si è giocato a lungo. Molti vedevano nella loro possibile esistenza un’enorme difficoltà per la conferma della supersimmetria. La matematica a volte prende il volo e individua facilmente dei nemici, magari fittizi: in questo caso il gravitino dava parecchio fastidio. Si preferiva mettere la polvere (e proprio di “polvere” si tratta) sotto al tappeto.

L’Università di Oslo è riuscita a creare una matematica che cambia le condizioni di partenza: non solo il gravitino non dà fastidio, ma può spiegare “facilmente” la materia oscura. Per far ciò bisogna rivedere un po’ le caratteristiche temporali della materia oscura. I gravitini vivono a lungo, ma non sono eterni. La materia oscura, invece, è sempre stata considerata eterna. Tuttavia, potrebbe darsi che quest’ultima asserzione non sia vera. Che prove abbiamo a riguardo? Potrebbe benissimo essere instabile, ma avere una vita molto lunga, decisamente superiore a quella dell’Universo. Non sarebbe la prima “cosa” a mostrare questa caratteristica.

Tuttavia, particella non immortale e materia immortale creavano uno scontro non accettabile. Meglio eliminare l’idea del gravitino. A Oslo si è invece pensato di fare il contrario. Se il gravitino non è immortale, può non esserlo nemmeno la materia oscura. Che male ci sarebbe?  Teoricamente tutto filerebbe comunque. La seconda ipotesi, però, darebbe una nuova speranza per risolvere il mistero della material oscura.

Infatti, vivere 15 miliardi di anni (ad esempio) non è la stessa cosa che essere immortali, anche se potrebbe sembrare molto simile, almeno per l’essere umano. Il gravitino prima o poi si trasforma e deve creare nuove particelle. E’ proprio questa variazione quella che si può cercare. Se ci desse questo segnale si confermerebbe sia lui sia il suo ruolo fondamentale per la materia oscura. Il modello di Oslo non ha dubbi: i gravitini sarebbe proprio i mattoni della materia oscura. Ovviamente, la dimostrazione ha dietro di sé una matematica oltremodo complicata. I ricercatori, però, hanno preparato dei modelli che predicono cosa bisognerebbe “vedere” per “pizzicare” i gravitini.

Innanzitutto i modelli devono spiegare perché il gravitino non si sia mostrato durante gli esperimenti fatti al CERN. Tuttavia, lo spazio è un laboratorio ancora più perfetto e universale. Tanto vale cercarli direttamente lì. Due gravitini che collidono dovrebbero originare fotoni o antimateria o qualcosa del genere.  Saranno sicuramente molto rari, ma ormai abbiamo molti occhi che scrutano il Cosmo da posizioni molto favorevoli. Oltretutto, sembra proprio che la materia oscura (e quindi i gravitini) sia moltissima. Possibile che prima o poi non si veda uno scontro?

Purtroppo, le probabilità teoriche sono estremamente basse, troppo basse per sperare… E allora? Niente paura. Il gravitino è, comunque, una particella instabile, come già detto. A un certo punto della sua vita dovrebbe trasformarsi da solo. I modelli di Oslo hanno calcolato cosa si dovrebbe osservare, in questo caso. Nient’altro che una piccola onda elettromagnetica, un raggio gamma.

La NASA ha un suo strumento nello spazio che cerca proprio questi segnali: il Fermi-LAT. Basta seguire attentamente tutte le sue osservazioni e vedere quelle anomale. Finora sembra che vi sia solo “rumore”, ma un gruppo di ricercatori ha ammesso di avere “scovato” un segnale veramente inspiegabile proveniente dal centro della nostra galassia. Sarà vero? Sarà veramente un gravitino che ha deciso di porre fine alla sua lunghissima vita?  E’ presto per dare risposte definitive. Stiamo, comunque, in … campana.

In ogni modo, chiunque incontri per strada un gravitino non se lo faccia scappare e avvisi subito o Red o me…

Per adesso, non ho trovato cenno all’articolo originale, ma solo una comunicazione dell’Università di Oslo. Vedremo…

Ovviamente, non ho inserito nessuna immagine. Per sua stessa definizione la materia oscura non può vedersi!