SIMP: un candidato promettente per la materia oscura

Sono particelle massicce fortemente interagenti tra loro ma non con la materia ordinaria, potrebbero aiutare a risolvere l’enigma della materia oscura

L’ammasso di galassie Abell 3827 visto dal telescopio spaziale Hubble. Crediti: Esa/Hubble/Nasa

L’ammasso di galassie Abell 3827 visto dal telescopio spaziale Hubble. Crediti: Esa/Hubble/Nasa

Elisa Nichelli 5 dicembre 2017Globalscience

La ricerca della materia oscura, la componente sfuggente ma dominante dell’Universo, non ha ancora dato risultati convincenti, ma sulla scena si è affacciato un nuovo candidato che sta guadagnando sostenitori sia nella comunità scientifica che nei dati. Le cosiddette SIMP (Strongly Interacting Massive Particle, ovvero particelle massicce fortemente interagenti) sono state proposte tre anni fa come particella ipotetica che spiega il comportamento della materia oscura. Hitoshi Murayama, professore dell’Università della California di Berkeley, afferma che alcune osservazioni recenti di gruppi di galassie vicine a noi potrebbero provare l’esistenza delle SIMP, e ritiene che gli esperimenti di fisica delle particelle in programma nel prossimo futuro potrebbero scoprirle. Il ricercatore ha presentato le sue teorie al Texas Symposium on Relativistic Astrophysics in corso a Città del Capo, in Sud Africa.


Secondo i calcoli più recenti la materia oscura dovrebbe costituire circa l’85% di tutta la massa presente nell’Universo. Una delle evidenze più solide a favore della sua esistenza è il moto delle stelle all’interno delle galassie: senza una componente di materia oscura le galassie non potrebbero esistere come le vediamo perché si disgregherebbero. Gli scienziati hanno inizialmente ipotizzato che si trattasse di materia normale troppo debole per essere visibile, come nane brune, buchi neri o altri tipi di stelle che hanno terminato il proprio ciclo vitale. Eppure i cosiddetti MACHO (MAssive Compact Halo Objects, oggetti massicci e compatti dell’alone) sono stati esclusi da varie campagne osservative, tra cui una condotta di recente sulla galassia di Andromeda utilizzando il telescopio Subaru. La caccia alle WIMP (Weakly Interacting Massive Particles, particelle massicce debolmente interagenti) non sta andando molto meglio, sebbene sia al centro dell’attenzione di numerosi gruppi di ricerca da molti decenni. Le WIMP sono particelle ipotetiche con masse circa 100 volte quella di un protone che interagiscono debolmente con la materia.


Rappresentazione schematica dell’interazione di particelle di tipo SIMP. Crediti: Kavli IPMU graphic


Le SIMP, secondo la teoria, sarebbero state prodotte in grandi quantità agli albori dell’Universo e da allora si sarebbero raffreddate. La loro differenza rispetto a WIMP e MACHO risiede nel fatto che le SIMP dovrebbero interagire fortemente tra di loro ma debolmente con la materia ordinaria. L’ipotesi è che le SIMP siano più piccole delle WIMP, il che implica che ce ne devono essere molte di più. Numeri più grandi significano che, nonostante la loro debole interazione (fatta prevalentemente di collisioni repulsive, anziché fusioni o decadimenti in materia normale), queste particelle dovrebbero lasciare in qualche modo un segno sulla materia ordinaria. Murayama ritiene che questo segno potrebbe essere rappresentato da ciò che si è osservato nelle galassie in collisione nell’ammasso di Abell 3827, dove la materia oscura sembra muoversi in ritardo rispetto alla materia visibile. Questo potrebbe essere spiegato, dice il ricercatore, dalle interazioni tra la materia oscura presente nelle galassie, che rallenta la propria fusione, ma non quella della materia normale. «Un modo per spiegare come mai la materia oscura fatta di SIMP sia in ritardo rispetto a quella luminosa è ipotizzando che le particelle che la compongono abbiano dimensioni finite, collidano tra loro, e quando cercano di spostarsi verso il resto del sistema vengono respinte», dice Murayama. «Questo spiegherebbe le osservazioni, ed è previsto dalla mia teoria».


Si stanno pianificando una serie di esperimenti per la ricerca delle SIMP, principalmente attraverso l’uso di acceleratori come il Large Hadron Collider del CERN di Ginevra o l’International Linear Collider in Giappone. «Ovviamente non dobbiamo abbandonare la ricerca delle WIMP», spiega Murayama, «ma i limiti sperimentali stanno diventando davvero importanti».