Si tratta di dieci rilevamenti di nuclei di antielio la cui origine è molto difficile da spiegare con la fisica tradizionale.
Dal 2011, l’Alpha Magnetic Spectrometer (AMS-2), installato a bordo della Stazione Spaziale Internazionale (ISS), ha già registrato più di 200 miliardi di eventi di raggi cosmici. E sebbene la maggior parte delle particelle energetiche rilevate fossero “normali” e colpissero lo strumento al termine del loro lungo viaggio nello spazio, dieci di esse si sono rivelate tutt’altro che tipiche. In realtà, erano una strana forma di antimateria, nuclei di antielio costituiti da coppie di antiprotoni attaccati a uno o due antineutroni. Qualcosa di molto difficile da spiegare con gli attuali modelli fisici. Pertanto, per la loro stranezza, le notizie (nessuna ufficiale) su questi dieci strani eventi hanno portato i fisici teorici a pensare che queste particelle possano essere spiegate solo con teorie alternative, cioè ricorrendo a una fisica totalmente nuova che vada oltre quello attuale.
Come una tempesta nel deserto
Certo, dieci strane particelle cosmiche su 200 miliardi in 15 anni possono sembrare una piccola cosa, ma in un articolo appena pubblicato su ‘Physical Review D’ i ricercatori del Perimeter Institute for Theoretical Physics in Canada e della Johns Hopkins University di negli Stati Uniti, paragonano questi rilevamenti all’incontro con una tempesta nel mezzo del deserto. Nel loro studio gli autori considerano la possibilità che siamo di fronte al manifestarsi di una fisica totalmente nuova, oltre il Modello Standard, la grande teoria che da quasi 80 anni classifica le componenti più intime della materia e le leggi che le governano governare. E arrivano addirittura a suggerire che nel caso potrebbe essere coinvolta la materia oscura.
Il mistero dell’antimateria
Ogni particella fondamentale della materia ‘ordinaria’, ogni elettrone, protone, neutrone, neutrino o quark, ha una controparte, una sorta di ‘immagine speculare’ che ha, invertite, le stesse caratteristiche tranne una, la carica elettrica, che è opposto. È ciò che conosciamo come “antiparticella”. In teoria, antiparticelle come positroni, antineutrini e antiquark dovrebbero essere emerse dal Big Bang in quantità pari ai loro “partner”, gli elettroni, i neutrini e i quark “normali”. E a causa delle loro cariche opposte avrebbero dovuto annullarsi rapidamente a vicenda (1 – 1 = 0), lasciando dietro di sé una debole nuvola di raggi gamma. Ma basta dare uno sguardo ‘lassù’ per rendersi conto che ciò non è avvenuto, che tutto ciò che vediamo nell’Universo è materia ‘normale’, e che non esiste traccia della corrispondente antimateria. Evidentemente se siamo qui è perché c’è stato uno ‘squilibrio’ che ha portato ad un eccesso di materia. Ma non sappiamo quale possa essere stato quello squilibrio, il che significa che c’è qualcosa che non abbiamo ancora capito. Nonostante tutto, l’antimateria, in piccole quantità, si manifesta in determinate condizioni, sia nei collisori di particelle qui sulla Terra, sia in natura, che continua a produrre una piccola quantità di antiprotoni e antineutroni in eventi catastrofici ad alta energia, come l’esplosione di una stella. Ma anche in situazioni così eccezionali, la maggior parte delle particelle di antimateria vengono annichilate quasi subito dopo la nascita, quando incontrano i loro “alter ego” di materia ordinaria e si annullano a vicenda, anche se una piccola frazione di esse riuscirà a fuggire e sopravvivere, scontrandosi occasionalmente con i rilevatori terrestri.
Antiparticelle rare
E arriviamo così alle dieci strane rilevazioni effettuate dall’Alpha Magnetic Spectrometer a bordo della ISS. Eventi che hanno coinvolto antiprotoni e antineutroni sotto forma di nuclei di antielio, una rara unione che, per avvenire, avrebbe richiesto che le antiparticelle si muovessero molto lentamente e fossero anche densamente addensate, cose che normalmente non accadono. È interessante notare che, per ogni nucleo di antielio con due antineutroni (un isotopo chiamato antielio-4), i ricercatori ne hanno trovati due con un singolo antineutroni: antielio-3. Il che, basandosi esclusivamente sulla fisica consolidata, potrebbe verificarsi solo con un rapporto isotopico di 10.000 a uno.
Pertanto, qualunque processo abbia creato i due tipi di isotopi di antimateria e li abbia inviati nella nostra direzione non era così selettivo nella dimensione dell’antielio come i processi noti, suggerendo che le condizioni iniziali includono che quei “blocchi” di costruzione subatomica “si muovevano incredibilmente lentamente prima essere espulsi”.
Diversi scenari possibili
Una possibilità sarebbe che il rilevatore abbia catturato il decadimento di una particella attualmente sconosciuta, forse anche della materia oscura. Ma anche se una particella del genere esistesse, resta la domanda su come sia riuscita a volare attraverso il cosmo senza scontrarsi con nulla e ad appena una frazione della velocità della luce. Un’altra possibilità all’interno dello stesso scenario, ipotizzano i ricercatori, è che una concentrazione di plasma incredibilmente caldo e in rapida espansione, costituito da particelle conosciute, fosse in grado di generare sia la giusta spinta che la giusta proporzione di nuclei di antielio. La cosa brutta è che simili “palle di fuoco” non sono mai state osservate, quindi potrebbe anche darsi che ci troviamo di fronte a rare collisioni tra masse di materia oscura che contengono quantità sufficienti di antiquark.
La possibilità di “nani oscuri”
Un secondo scenario possibile riguarda le cosiddette “nane oscure”. Queste ipotetiche sfere di fotoni oscuri, elettroni oscuri e neutroni oscuri potrebbero anche scontrarsi tra loro per creare condizioni in grado di emettere antielio alle velocità misurate. Tuttavia, vale la pena notare che nessuno di questi modelli è stato ancora completamente sviluppato ed è in corso un ampio dibattito sui possibili dettagli. E stiamo parlando solo della fisica che conosciamo. E nessuno è ancora riuscito a rilevare direttamente la materia oscura, né a comprenderne appieno il funzionamento. Tuttavia, anche se molto speculativi, gli sforzi dei ricercatori non sono vani. Chissà, infatti, che sepolto nella complessa matematica delle sue proposte non si trovi il ‘seme’ che ci permetterà di svelare cosa potrebbe aver creato quelle 10 strane particelle di antimateria. Ulteriori rilevamenti da parte di AMS-02 potrebbero aiutare a fornire un quadro più chiaro. Oppure potrebbero anche confermare che qualcosa di inaspettato negli angoli più remoti dello spazio sta costruendo atomi di antimateria, provocandoci da ombre lontane.
Una possibilità sarebbe che il rilevatore abbia catturato il decadimento di una particella attualmente sconosciuta, forse anche della materia oscura. Ma anche se una particella del genere esistesse, resta la domanda su come sia riuscita a volare attraverso il cosmo senza scontrarsi con nulla e ad appena una frazione della velocità della luce. Un’altra possibilità all’interno dello stesso scenario, ipotizzano i ricercatori, è che una concentrazione di plasma incredibilmente caldo e in rapida espansione, costituito da particelle conosciute, fosse in grado di generare sia la giusta spinta che la giusta proporzione di nuclei di antielio. La cosa brutta è che simili “palle di fuoco” non sono mai state osservate, quindi potrebbe anche darsi che ci troviamo di fronte a rare collisioni tra masse di materia oscura che contengono quantità sufficienti di antiquark.
La possibilità di “nane oscure”
Un secondo scenario possibile riguarda le cosiddette “nane oscure”. Queste ipotetiche sfere di fotoni oscuri, elettroni oscuri e neutroni oscuri potrebbero anche scontrarsi tra loro per creare condizioni in grado di emettere antielio alle velocità misurate. Tuttavia, vale la pena notare che nessuno di questi modelli è stato ancora completamente sviluppato ed è in corso un ampio dibattito sui possibili dettagli. E stiamo parlando solo della fisica che conosciamo. E nessuno è ancora riuscito a rilevare direttamente la materia oscura, né a comprenderne appieno il funzionamento. Anche se molto speculativi, gli sforzi dei ricercatori non sono vani. Chissà, infatti, che sepolto nella complessa matematica delle sue proposte non si trovi il ‘seme’ che ci permetterà di svelare cosa potrebbe aver creato quelle 10 strane particelle di antimateria. Ulteriori rilevamenti da parte di AMS-02 potrebbero aiutare a fornire un quadro più chiaro. Oppure potrebbero anche confermare che qualcosa di inaspettato negli angoli più remoti dello spazio sta costruendo atomi di antimateria, provocandoci da ombre lontane.
