Secondo un nuovo studio la materia oscura può essere il frutto dei fermioni spinti, e bloccati, in una quinta dimensione.
Che cos’è la materia oscura? Si tratta, almeno per i cosmologi, di un’ipotetica componente che, al contrario di tutto ciò che conosciamo, non emetterebbe radiazione elettromagnetica e dunque sarebbe rilevabile solo in modo indiretto. Ad esempio tramite i suoi effetti gravitazionali. Dovrebbe costituire quasi il 90% della massa dell’universo. In un nuovo studio un gruppo di scienziati afferma ora di poterla spiegare ipotizzando una particella in grado di collegarsi alla quinta dimensione, sorta di dimensione parallela dove i parametri (appunto, le dimensioni) superano di gran lunga quelle di altezza, larghezza e profondità per come le conosciamo.
La ricerca, pubblicata nell’Europea Physical Journal C, sarebbe la prima – spiega Popular Mechanics – a utilizzare in modo coerente una teoria introdotta nel 1999 per spiegare l’enigma della materia oscura all’interno del campo della teoria delle particelle. Si tratta della teoria nota come modelli di Randall-Sundrum, descrizioni del mondo in termini di un universo ad alta dimensione a geometria deformata, o più concretamente come uno spazio anti-de Sitter a cinque dimensioni in cui le particelle elementari sono appunto localizzate su una brana a-dimensionale o brane. A sua volta una tesi che si ricollega alla teoria delle stringhe che interpreta l’universo come una specie di “sandwich” tridimensionale immerso in iperspazio a undici dimensioni.
La nostra conoscenza dell’universo fisico è condannata ad affidarsi all’idea della materia oscura, che come dicevamo ne occuperebbe la parte preponderante e ci consentirebbe di spiegare il funzionamento della gravità per il semplice fatto che senza questa sorta di “infrastruttura” di sostegno nascosta molte teorie crollerebbero. Ciononostante la materia oscura non compromette le particelle che vediamo e sentiamo, “e questo significa che deve avere altre proprietà speciali”. Ci sono per esempio, raccontano gli scienziati spagnoli e tedeschi, alcune domande a cui il modello standard della fisica non riesce a rispondere: “Uno dei più significativi esempi è il cosiddetto problema della gerarchia, cioè la questione per cui il bosone di Higgs sia più leggero” della massa di Planck. “La fisica teorica non riesce poi a risolvere altri fenomeni che osserviamo. E uno dei più evidenti è l’esistenza della materia oscura”.
Il nuovo studio tenta dunque di spiegarne l’esistenza attraverso l’uso di un modello basato sulle teorie descritte prima: “Gli scienziati hanno studiato le masse dei fermioni che ritengono possano comunicare con la quinta dimensione attraverso dei portali, creando quindi della materia oscura fermionica all’interno di quello spazio". Cosa sono i fermioni? Prendono il nome da Enrico Fermi e sono l’altro lato dei bosoni, cioè una delle due famiglie fondamentali in cui si dividono le particelle (quest'ultime sono particelle-forza, le altre particelle-materia). Hanno spin – cioè un momento angolare intrinseco - semintero e sono sempre dotati (al contrario dei bosoni come fotoni o gluoni) di massa visto che di fatto tutta la materia conosciuta e rilevabile è costituita da fermioni (quelli fondamentali sono i quark, come protoni e neutroni, e i leptoni, come gli elettroni). Rispondono al principio di eslcusione di Pauli, che è un principio seminale della meccanica quantistica secondo cui due fermioni identici non possono occupare simultaneamente lo stesso stato quantico.
Questi fermioni in grado di comunicare fra le diverse dimensioni potrebbero almeno spiegare parte della materia oscura che gli esperti non sono in grado di osservare: “Sappiamo che non esiste un candidato a spiegare la materia oscura praticabile nel modello standard della fisica", dicono gli scienziati,"quindi già questo fatto richiede la presenza di nuova fisica". Dunque secondo l’indagine masse di fermioni riuscirebbero a manifestarsi nella quinta dimensione e lì rimanere bloccati, sfuggendo a ogni misurazione a nostra disposizione almeno relativa al modello standard che infatti riesce a descrivere tutte le particelle che conosciamo, e non le altre.
Come osservare questo tipo di materia è il problema di tutte le teorie che hanno tentato di postularne l’esistenza. Ma tutto ciò che serve per identificare la materia oscura fermionica in una quinta dimensione deformata sarebbe un dispositivo paragonabile al rivelatore di onde gravitazionali. Che potrebbe appunto svelarci, su un diverso livello superiore a geometria deformata, la presenza di quelle stesse particelle che conosciamo.
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