Materia oscura, cerchiamola con il GPS

L’uso quotidiano di un dispositivo GPS ci permette di trovare la strada in una città, ma per due fisici il Global Positioning System potrebbe essere uno strumento per rilevare in diretta e misurare la materia oscura, finora una forma inafferrabile ma onnipresente della materia, responsabile della formazione delle galassie.

Andrei Derevianko, della University of Nevada, Reno, e il suo collega Maxim Pospelov, della University of Victoria e l’Istituto Perimeter di Fisica Teorica in Canada, hanno proposto un innovativo metodo per scoprire le tracce della materia oscura con gli orologi atomici di cui sono dotati i satelliti GPS, in modo che i ricercatori possano confrontare discrepanze tra i loro tempi misurati.

“Nonostante ci sia una evidenza osservativa solida per l’esistenza della materia oscura, la sua natura rimane un mistero,” Derevianko, professore del College of Science presso l’Università, ha detto. “Alcuni programmi di ricerca in fisica delle particelle danno ormai per scontato che la materia oscura sia composta  di particelle pesanti. Questa ipotesi non è dimostrata ed esiste un notevole interesse per le alternative.”

“La fisica moderna e la cosmologia possono spiegare solo il 5 per cento della massa e dell’energia presenti in questo momento nell’universo sotto forma di materia ordinaria, ma il resto è un mistero.”

Ci sono prove che l’energia oscura è circa il 68 per cento della massa totale dell’Universo. Il restante 27 per cento è generalmente riconosciuto come materia oscura, anche se non è visibile e sfugge alla rilevazione e alla misura.

“La nostra ricerca persegue l’idea che la materia oscura possa essere organizzata come una grande collezione di simil-gas che provocherebbe ‘difetti topologici’, o incrinature nell’energia” nel tessuto spazio-temporale, ha detto Derevianko. “Ci proponiamo di rilevare i difetti topologici dello spazio-tempo che la materia oscura, mentre ci attraversa, dovrebbe provocare, grazie a una rete di orologi atomici sensibili. L’idea è che quando gli orologi escono dalla sincronizzazione, allora sappiamo che lì è passata la materia oscura. Immaginiamo che i satelliti GPS siano quindi il più grande rivelatore di materia oscura costruito dall’uomo”.

La loro ricerca è stata ben accolta dalla comunità scientifica quando la teoria è stata presentata presso rinomate conferenze scientifiche di quest’anno, e l’articolo sul tema è apparsa nella versione online della rivista scientifica Nature Physics, prima della versione stampata: http://dx.doi.org/10.1038/nphys3137.

Per analizzare dei dati GPS Derevianko sta collaborando con Geoff Blewitt, direttore del Nevada Geodetic Laboratory, il cui laboratorio Lab ha sviluppato e gestisce il più grande centro di elaborazione dati GPS al mondo, in grado di elaborare le informazioni provenienti da circa 12.000 stazioni in modoin continuo 24 ore su 24.

I due ricercatori stanno iniziando a testare la teoria di rilevamento della materia oscura analizzando i dati degli orologi di 30 satelliti GPS, che utilizzano gli orologi atomici per la navigazione di tutti i giorni. Questi orologi atomici nei satelliti GPS e alcuni altri di terra, possono essere utilizzati come un potente strumento per la ricerca della materia oscura, se essa effettivamente crea un difetto topologico nello spazio-tempo, in quanto tale difetto metterà fuori sincrono gli orologi inizialmente sincronizzati.

Blewitt, che è anche fisico, ha spiegato come una serie di orologi atomici potrebbe rilevare la materia oscura.

“Sappiamo che la materia oscura deve esserci, ad esempio perché vediamo come piega la luce intorno alle galassie, ma non abbiamo nessuna prova di ciò che potrebbe essere”, ha detto. “Se la materia oscura non esistesse, la materia normale che noi misuriamo e osserviamo non sarebbe sufficiente a piegare la luce nel modo in cui viene curvata. Questo è solo uno dei modi con cui scienziati sanno che c’è una massiccia quantità di materia oscura da qualche parte nelle galassie. Una possibilità è che la materia oscura sia un simil-gas costituito non da particelle normali, ma di imperfezioni macroscopiche nel tessuto dello spazio-tempo.