I fisici teorici del PRISMA + Cluster of Excellence dell’Università Johannes Gutenberg di Mainz (Germania) stanno lavorando a una teoria che va oltre il modello standard della fisica delle particelle e può rispondere a domande che questo modello non copre, ad esempio rispetto alle gerarchie le masse di particelle elementari o l’esistenza della materia oscura.
L’elemento centrale della teoria è una dimensione extra nello spazio-tempo. Finora, gli scienziati hanno affrontato il problema per cui le previsioni della loro teoria non potevano essere testate sperimentalmente. Ora possono superare questo problema, come rivelato da una pubblicazione nella rivista European Physical Journal C.
Negli anni ’20, nel tentativo di unificare le forze di gravità ed elettromagnetismo, Theodor Kaluza e Oskar Klein ipotizzarono l’esistenza di una dimensione extra oltre le familiari tre dimensioni spaziali e temporali – che in fisica sono combinate in uno spazio-quadridimensionale tempo. Se esistesse, questa nuova dimensione dovrebbe essere incredibilmente piccola e impercettibile all’occhio umano.
Notevole rinascita
Alla fine degli anni ’90, questa idea ha subito una notevole rinascita, quando ci si rese conto che l’esistenza di una quinta dimensione poteva risolvere alcune delle profonde questioni aperte nella fisica delle particelle. In particolare, Yuval Grossman della Stanford University e Matthias Neubert, allora professore alla Cornell University (entrambi negli Stati Uniti), hanno dimostrato in una pubblicazione altamente citata che incorporare il Modello Standard della fisica delle particelle in uno spazio-tempo a cinque dimensioni potrebbe spiegare i modelli misteriosi fino ad ora visti nelle masse di particelle elementari.
Vent’anni dopo, il gruppo di Matthias Neubert – dal 2006 alla facoltà dell’Università Johannes Gutenberg di Mainz (Germania) e portavoce di PRISMA + Cluster of Excellence – ha fatto un’altra scoperta inaspettata. I ricercatori hanno scoperto che le equazioni di campo a cinque dimensioni predicevano l’esistenza di una nuova particella pesante con proprietà simili al famoso bosone di Higgs, ma una massa molto più pesante – così pesante, infatti, che non può essere prodotta nemmeno nella particella di più alta energia collider nel mondo: il Large Hadron Collider (LHC), presso il Centro europeo di ricerca nucleare (CERN), al confine franco-svizzero.
Deviazione attraverso la quinta dimensione
Nell’articolo pubblicato di recente, i ricercatori hanno trovato una soluzione spettacolare a questo dilemma. Hanno scoperto che la particella proposta avrebbe necessariamente mediato una nuova forza tra le particelle elementari conosciute (il nostro universo visibile) e la misteriosa materia oscura (il settore oscuro). Anche l’abbondanza di materia oscura nel cosmo, come osservato negli esperimenti astrofisici, può essere spiegata dalla sua teoria.
Questo offre modi nuovi ed entusiasmanti per ricercare i costituenti della materia oscura – letteralmente attraverso una deviazione dalla dimensione extra – e per ottenere indizi sulla fisica in una fase molto precoce della storia del nostro universo, quando è stata prodotta la materia oscura.
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