L’Antielio ci parla: la Materia Oscura si nasconde sotto i nostri occhi?

Le notizie non ufficiali di 10 nuclei di antielio che hanno colpito la Stazione Spaziale Internazionale hanno ispirato i fisici teorici a speculare al di là dei nostri modelli attuali alla ricerca di una spiegazione.

Mentre una piccola manciata di particelle cosmiche potrebbe sembrare banale, la firma della pioggia di antielio è abbastanza strana da indurre i ricercatori a considerare l’evento raro ed eccezionale come una pioggia nel deserto.

Nella loro analisi, pubblicata di recente, gli scienziati del Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada e della Johns Hopkins University negli Stati Uniti, sostengono la necessità di considerare la fisica al di fuori del Modello Standard attualmente accettato, arrivando a suggerire che potrebbe essere coinvolta la materia oscura. L’articolo scientifico originale è stato pubblicato su Physics Review D

Dal 2011, l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-02) si trova a bordo della Stazione Spaziale Internazionale e ha registrato silenziosamente più di 200 miliardi di eventi di raggi cosmici.

Mentre la maggior parte di essi era costituita da particelle ordinarie che hanno attraversato vaste distanze nello spazio ad alta velocità, rapporti non pubblicati suggeriscono che dieci di essi erano tutt’altro che tipici, consistendo in coppie di antiprotoni attaccati a uno o due antineutroni. Cioè atomi di anti-elio, la copia in antimateria dell’elio.

Ogni particella fondamentale della materia “ordinaria”, come gli elettroni, i neutrini e i quark, ha una controparte corrispondente con le stesse caratteristiche ma con carica opposta: un’antiparticella.

In teoria, le antiparticelle come i positroni, gli antineutrini e gli antiquark dovrebbero essere uscite dall’esplosione del Big Bang più o meno nelle stesse quantità di elettroni, neutrini e quark, annullandosi rapidamente in uno sbuffo di raggi gamma. Quindi l’antimateria dovrebbe essersi annullata sin dall’inizio

Elio 4 ed Elio 3 , i due isotopi dell’elio

Il fatto che l’Universo sia costituito da molto più di un bagliore di radiazioni elettromagnetiche in espansione suggerisce che c’è qualcosa che non riusciamo a capire sull’equilibrio tra materia e antimateria primordiale.

Così come è possibile spremere una sottile nebbia di antimateria con i collisori di particelle qui sulla Terra, la natura continua a liberare antiprotoni e antineutroni in eventi cataclismatici ad alta energia. Una parte di essi sfugge all’annichilazione e occasionalmente si scontra con i rivelatori qui sulla Terra.

I presunti rilevamenti di AMS-02 hanno coinvolto antiprotoni e antineutroni sotto forma di nuclei di antielio – un’unione rara che avrebbe richiesto che le antiparticelle fossero in lento movimento e densamente impacchettate per dare alle particelle subatomiche la possibilità di legarsi.

Curiosamente, per ogni nucleo di antielio con due antineutroni, un isotopo chiamato antielio-4, ce n’erano due con un singolo antineutrone: l’antielio-3. Basandosi esclusivamente sulla fisica consolidata, il massimo che i ricercatori hanno ottenuto è un rapporto isotopico misurato di 10.000 a uno, quindi la fisica dell’antimateria sembra non corrispondere esattamente a quella della materia. 

Come si è creato l’antielio?

Qualunque cosa abbia creato i due tipi di isotopi di antimateria e li abbia spediti nella nostra direzione non è stata così discriminante nella dimensione dell’antielio come i processi conosciuti, suggerendo che le condizioni iniziali richiedevano che i mattoni subatomici si muovessero in modo incredibilmente lento prima di essere espulsi. Altrimenti non si spiega la loro creazione.

Una possibilità potrebbe riguardare il decadimento di una particella attualmente sconosciuta, che potrebbe anche essere considerata materia oscura. Anche se tale particella esistesse, resta da capire come abbia fatto a volare nel cosmo a una frazione della velocità della luce.

Lavorando a ritroso, i ricercatori teorizzano che una concentrazione di plasma incredibilmente caldo e in rapida espansione, composto da particelle note, potrebbe fornire sia il calcio che il giusto rapporto di nuclei di antielio.

Sebbene tali “palle di fuoco” non siano mai state osservate, potrebbero verificarsi nelle collisioni tra masse di materia oscura che contengono quantità sufficienti di antiquark.

Un secondo possibile scenario riguarda le cosiddette “nane oscure”. Anche queste ipotetiche sfere di fotoni oscuri, elettroni oscuri e neutroni oscuri potrebbero scontrarsi tra loro e creare condizioni che potrebbero emettere antielio nei rapporti misurati.

Nessuno dei due modelli è stato completamente chiarito, essendo costituito da dinamiche complesse che lasciano molto da discutere sui potenziali dettagli. E questa è solo la fisica che conosciamo: la materia oscura stessa deve ancora essere confermata come fenomeno materiale, per non parlare della sua comprensione.

Eppure, sepolti nella matematica di modelli anche altamente speculativi come questo, potrebbero esserci i semi della scoperta che potrebbero trasformare altre misurazioni inaspettate in palle di fuoco di creazione generate dalla collisione delle tenebre.

Con altri sei anni di funzionamento, AMS-02 potrebbe ancora raccogliere dati che forniscono un’altra prospettiva sulle origini di questa bizzarra pioggia di antielio.

Oppure potrebbe confermare che qualcosa di inaspettato nelle regioni più lontane dello spazio sta costruendo atomi di antimateria, che ci sta deridendo dall’ombra.