L'enigma della materia oscura

Cari ragazzi, il mio scopo è quello di appassionarvi allo studio delle scienze, che si tratti di matematica o di scienze sperimentali poco importa. Con questo obiettivo in testa ho scelto di proporvi questo approfondimento riguardante uno degli argomenti più affascinanti e enigmatici dell'attuale astrofisica. Vediamo di che si tratta.
Il nostro Universo è formato per il 4 % da materia ordinaria, cioè neutroni, protoni, elettroni e neutrini. La materia ordinaria, che i fisici chiamano anche barionica, forma le stelle, i pianeti, i satelliti, le galassie, le polveri intergalattiche, il nostro corpo, insomma tutto quello che comunemente chiamiamo Universo. E il restante 96 %? Non ci crederete ma è ancora da scoprire!!! I fisici stimano, infatti, che il 23 % del nostro Universo sia costituito dalla cosiddetta materia oscura, e ben il 73 % da energia oscura. Cerchiamo di capire come mai gli scienziati siano arrivati ad ipotizzare l'esistenza della materia e dell'energia oscure e come stiano cercando di studiarle.

L'energia e la materia oscura dovrebbero rappresentare, rispettivamente, il 73 % e il 23 % di tutto ciò che è contenuto nel nostro Universo.
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Nel settembre del 1846 il francese Urbain Le Verrier sostenne che i moti di Urano non potevano essere spiegati ammettendo solo le forze gravitazionali fino ad allora note. Doveva essere presente un oggetto sconosciuto la cui attrazione gravitazionale perturbasse l'orbita di Urano. Furono i dubbi e le ipotesi di Le Verrier a condurre alla scoperta del pianeta Nettuno, l'oggetto sconosciuto fino ad allora che dava una risposta alle perplessità del francese. Nella cosmologia moderna ecco che la storia si ripete. Infatti, stelle, galassie e nubi di gas sembrano muoversi in risposta all'influenza gravitazionale di materia invisibile. Cioè gli scienziati devono ammettere che esista una qualche forma di materia, di natura sconosciuta, perché ne registrano le conseguenze gravitazionali, pur non riuscendo a vederla. Questa materia è stata chiamata provvisoriamente, materia oscura.
Esistono prove che il nostro Universo si stia espandendo, gli scienziati hanno concluso che deve esistere una qualche forma di energia, che costituisce il motore di questa espansione. Tale energia è stata chiamata energia oscura. Ciò che risulta veramente affascinante è che, nonostante gli scienziati non riescano ancora "a vedere" né la materia oscura, né l'energia oscura, tuttavia devono ammettere la loro esistenza perché ne vedono invece gli effetti su tutta l'"altra" materia presente nell'Universo.
I fisici hanno ipotizzato l'esistenza di particelle, chiamate WIMPs (weakly interacting massive particles), cioè particelle di elevata massa ma che non interagiscono con la materia ordinaria e per questo nessuno riesce a vederle. Queste WIMPs potrebbero formare la materia oscura, ma il mistero resta.
L'ammasso del Proiettile è un ammasso stellare formato da due galassie che hanno subito una collisione. La collisione ha portato allo scontro di nubi di gas interstellare che hanno emesso raggi X. Questi raggi sono stati distorti e deviati come se ci fosse una grande quantità di materia nelle vicinanze, che non è stata vista, ma che si suppone sia proprio la materia oscura. Prove come queste spingono gli scienziati a continuare la caccia a questa materia misteriosa.

L'Alpha Magnetic Spectrometer (AMS) verrà lanciato a fine aprile 2011 e opererà come modulo esterno della stazione spaziale internazionale.
(http://img837.imageshack.us/img837/4678/cacciatoreantimateria.jpg).

Il 29 aprile 2011 a bordo dello shuttle Endeavour verrà trasportato sulla stazione spaziale internazionale il grande spettrometro magnetico AMS (Alpha Magnetic Spectrometer). Lo strumento è stato costruito da 600 ricercatori, di 16 nazioni diverse e l'Italia ha avuto un ruolo di primo piano. Dobbiamo essere molto orgogliosi di questo. L'astronauta italiano Roberto Vittori partirà il 29 aprile da Cape Canaveral insieme all'equipaggio dell'Endevour. Sulla stazione spaziale lo sta aspettando un altro italiano, Paolo Nespoli, che è nello spazio da dicembre.
Lo scopo di AMS è quello di analizzare con grandissima precisione il flusso di particelle e raggi cosmici che bombardano la Terra, alla ricerca di componenti ultrarare e nuove forme di materia che non possono essere prodotte in laboratorio. Antimateria, materia oscura e materia strana sono solo alcuni degli enigmi che vuole risolvere questo potente occhio puntato sull'Universo. Quando nel 1928 il grande fisico Paul Dirac scrisse l'equazione che prevedeva l'esistenza per ogni particella di una sua antiparticella, non poteva certo prevedere che appena quattro anni dopo l'antielettrone, cioè il positrone sarebbe stato scoperto confermando la sua teoria. Per voi è presto sapere cosa sia l'antimateria...Ma fidatevi dei grandi fisici, esiste. E allora quanto tempo ci vorrà prima che AMS ci dica qualcosa sulla materia oscura?
Oramai sappiamo che il cosmo è pieno di un nuovo tipo di materia, che è almeno sei volte più abbondante di quella ordinaria, formata da particelle neutre che non emettono luce come fanno invece gli atomi di cui siamo composti, e che per questo motivo viene detta materia oscura.
Ci sono voluti 16 lunghi anni per mettere a punto AMS e i ricercatori che hanno partecipato al progetto hanno lavorato duramente, fino allo sfinimento. Si meritano successo e noi incrociamo le dita per AMS che userà l'intero Universo come uno straordinario laboratorio per studiare le leggi fondamentali della fisica.
Vi aspetto collegati al sito dell'esperimento venerdì 29 aprile a partire dalle 21.30 ora italiana per seguire in diretta il lancio!!!

Referenze
Feng J. e Trodden M. (2011) Il lato oscuro dell'universo. Le Scienze, 509: 34-41.

Battiston R. e Kounine A. (2011) AMS: alla ricerca dell'altra materia. Le Scienze, 511: 50-59.

Il sito ufficiale dell'esperimento AMS.

Manuela Casasoli (manuela_casasoli@yahoo.it)