L’articolo non è certamente banale, come tutti quelli che si occupano di particelle elementari. Tuttavia, il concetto generale può essere descritto facilmente proprio a causa della semplicità concettuale della teoria esposta da due fisici dell’Università Vanderbilt.
Prima di cominciare, è necessario dire due parole sugli anapoli. Nella realtà quotidiana siamo abituati a interagire con campi magnetici ed elettrici bipolari, ossia con un nord e un sud o un polo positivo e uno negativo. Pensiamo alla calamita o addirittura ai campi magnetici dei pianeti e delle stelle. Questi campi elettromagnetici sono propri di quasi tutte le particelle della materia conosciuta. I campi, però, hanno una struttura aperta, ossia le linee si estendono verso lo spazio e possono facilmente interagire con ciò che li circonda, rendendo “tangibile” la loro presenza. Esiste però la possibilità di avere campi elettromagnetici con più di due poli. In particolare, se la struttura dei poli è toroidale, ossia simile a una ciambella, il campo che ne risulta non può estendersi verso l’esterno, ma rimane confinato all’interno di essa. Ne consegue che la particella in questione interagisce pochissimo o niente con quanto la circonda. Abbiamo un esempio di anapolo (e dei due campi magnetico ed elettrico conosciuti da tutti) in Fig. 1.
Torniamo adesso alla particella di Majorana. I fermioni sono particelle come gli elettroni e i quark, e costituiscono i mattoni fondamentali della materia. La loro esistenza fu predetta da Dirac nel 1928. Dieci anni dopo, Majorana formulò una variante della teoria di Dirac e ipotizzò l’esistenza di una particella elettricamente neutra. Da allora, i fisici hanno tentato in mille modi di rilevarla nei loro esperimenti, ma niente da fare. Per un po’ si pensava fosse il neutrino, ma la conoscenza ormai acquisita su quest’ultima particella così elusiva ha escluso qualsiasi sovrapposizione. Il fermione di Majorana resta un mistero insoluto.
Analoga caratteristica ha anche la materia oscura che dovrebbe dominare l’intero Universo e che non si riesce a vedere. Su di lei sono state fatte ipotesi piuttosto esotiche e anche un po’ strambe. Dato che non si vede, vuol dire che non interagisce con la materia normale attraverso le normali forze conosciute. Sono sorte infinite teorie per definirne le caratteristiche, tutte, però, non verificabili, proprio perché al di fuori della fisica normale.
I due fisici americani hanno allora cercato di fare un semplice ragionamento e concludere che uno più uno è uguale a due. Ossia, la materia oscura potrebbe essere proprio il fermione di Majorana. Non sarebbero i primi a ipotizzarlo, ma la loro teoria si basa su un concetto di estrema semplicità: nessuna proprietà fuori dal comune, ma solo una particella con un anapolo al posto del solito campo elettromagnetico bipolare. Per le sue caratteristiche di “limitazione spaziale”, una particella del genere avrebbe enormi difficoltà a interagire con le altre e rimarrebbe estremamente elusiva.
Il grande vantaggio di questa teoria sta nella sua semplicità (e questo è sempre un passo vincente) e nel fatto, ancora più importante, che gli esperimenti predisposti per il prossimo futuro, dedicati alla rilevazione della materia oscura, saranno sicuramente in grado di scoprirla. Una prova osservativa, insomma e non solo teorie cervellotiche non dimostrabili per definizione.
Ricordiamo che l’esistenza di un anapolo magnetico è già stato osservato nella struttura nucleare del Cesio-133 e dell’Itterbio-174. Non è quindi solo un’ipotesi teorica, ma una realtà confermata.
Cosa ci dobbiamo aspettare, allora? Le particelle con dipoli elettrici o magnetici “normali” interagiscono con le particelle anche quando sono stazionarie. Le particelle con campi ad anapolo riescono a farlo solo se in movimento e a grande velocità. Esse devono muoversi per interagire e più veloci vanno e più forte è l’interazione. Come conseguenza, particelle con anapolo dovevano essere estremamente interattive subito dopo il Big Bang, diventando sempre meno “socievoli” con il passare del tempo, ossia con l’espansione e il raffreddamento dell’Universo.
Ecco quindi svelata la difficoltà di rivelare un “normale” fermione con uno strano (ma non impossibile) campo elettromagnetico: si muove troppo piano. Tuttavia, le previsioni dei due fisici è che essi siano sfuggiti alla rilevazione proprio per un pelo. Sapendo cosa e come cercare, il futuro potrebbe darci una risposta abbastanza rapida.
Che dire? Se non è vero, pazienza. Ma se fosse vero… un Nobel non glielo toglierebbe nessuno. Magari con uno alla memoria del grandissimo Majorana.
Sulla particella del grande fisico italiano avevamo già parlato QUI. Vi invito ad andare a leggere quell’articolo e le discussioni allegate, in cui Red aveva già delineato alcuni concetti fondamentali. Ovviamente, quest’articolo si deve fermare a una descrizione molto rudimentale, ma chi vuole saperne di più può andare direttamente QUI ( a pagamento, però…).
bellissimo articolo Enzo, grazie, adesso vado a vedermi anche gli altri che hai segnalato. Mi chiedevo se, una volta stabilite queste caratteristiche del fermione e potendo quindi sulla base di queste fare delle previsioni di comportamento e di effetti particolari, non sia allora possibile "vederle" cioè riconoscerne alcuni effetti, interazioni, quando si osserva il passato più remoto
Caro Enzo, sono andata a vedere tutti i rimandi che hai indicato, che a loro volta altri ne indicano : come è appassionante e stimolante tutto ciò, ci sarebbe da immergersi nello studio per il resto della vita senza mai annoiarsi o stancarsi : come potrà mai fare una povera crista che invece deve anche trovare il tempo per il lavoro, la famiglia ecc? moooolto frustrante ! se rinasco voglio essere maschio e fare il gesuita o comunque il frate , così lo studio sarà il mio lavoro senza il problema economico dei libri, le scuole.. e senza il problema di dover lavorare per vivere,sarò pagata per studiare ( per modo di dire, i frati non sono pagati..)
Enzo, non riesco a figuararmi un campo magnetico di una particella neutra (immagino abbia a che fare con la carica dei quark up e down
almeno nel caso del neutrone...). Ho provato a fare una ricerchina online ma non trovo nulla(in compenso ho scoperto gli assioni
)...Riusciresti a spegarmi un po la cosa? Grazie e scusa per l'ignoranza, ma sto studiandomi ora l'argomento e ci campano ancora poco...
Enzo,
chissà perchè leggendo il tuo bell'articolo mi sono venute in mente le "stringhe chiuse", che però dovrebbero essere di parecchi ordini di grandezza più piccole.
su queste cose siamo tutti ignoranti!
prova con questo (sembra ben fatto) http://en.wikipedia.org/wiki/Toroidal_moment
Tieni, infatti, conto che la particella in esame ha un campo, ma esso non interagisce...
Grazie mille per lo stimolante articolo.
Ma se è vero che le particelle majorana, ammesso che esistano, interagiscono poco o nulla con le altre particelle, dovremmo comunque rilevarne gli effetti gravitazionali, e se la materia oscura è fatta di particelle majorana allora
dovrebbero essercene in giro parecchie... No?