Dati alla mano, è chiaro il motivo per cui la materia oscura e l'energia oscura siano considerate una questione di notevole interesse: la conoscenza fisica attuale permette di spiegare bene solo una piccolissima percentuale del cosmo, mentre il resto rimane tutt'oggi un mistero. Resta il fatto che, come già per i buchi neri, delle rappresentazioni indicative non mancano.
Nonostante l'attuale difficoltà nel carpire il meccanismo dietro queste sostanze, numerose teorie cercano di trovare dei collegamenti con quanto già noto e i continui risultati in questo settore fanno sperare di poter raggiungere l'ambizioso obiettivo di determinare la loro struttura in un giorno non troppo lontano nel futuro.
Infatti, grazie al Large Hadron Collider (LHC) del Cern di Ginevra, la rilevazione di particelle dei tipi più disparati ha portato a scoperte rivoluzionarie, come quella recente del Bosone di Higgs, e l'idea che anche la materia oscura possa in qualche modo ‟provenire” da una particella porterebbe a dei nuovi importanti sbocchi nel settore.
Per poter ‟catturare” tali particelle, però, risulta necessario uno studio approfondito delle loro proprietà. Come è già successo per il Bosone di Higgs, per esempio, la determinazione della massa atomica è di fondamentale importanza: questi piccoli corpi sono spesso molto instabili e scompaiono subito dopo aver fatto la loro apparizione, lasciando dei rimasugli difficili da comprendere se non grazie a risultati teorici che permettono di dedurre la natura della particella.
Proprio per questo motivo, sono state sviluppate alcune teorie in grado di approcciare il problema, e nel caso della materia oscura sono stati fatti dei passi avanti che ne permetterebbero il rilevamento non solo tramite LHC, come si pensava in passato, ma anche grazie a telescopi radio.
Più precisamente, la teoria di Peccei-Quinn suggerisce l'esistenza di una particella, detta ASSIONE, che risulterebbe essere la principale componente della materia oscura (in effetti, l'immagine sopra mostra proprio un assione con la materia oscura che lo circonda). L'idea cruciale per tentare di trovare tale particella consiste nel ‟trasferire” l'energia di un assione a qualcosa di noto, ovvero a una particella nel seguente schema del Modello Standard della fisica delle particelle
Queste particelle sono ormai ben conosciute e permetterebbero di riscontrare più facilmente la presenza o meno degli assioni. In particolare, è l'elettrone il candidato favorito per tale scopo, e recentemente un gruppo di ricercatori ha finalmente scoperto una formula che permette di calcolare, a seconda dei casi, il valore della frequenza che un assione emetterebbe. Ciò significa che se un telescopio radio ricevesse un segnale di tale (bassa) intensità, ci si troverebbe di fronte a una prova indiretta della loro esistenza.
E' importante sottolineare che il calcolo della frequenza è molto complesso a causa di effetti quali la velocità semi-relativistica che gli assioni assumono nell'ambiente più adatto per studiarli (le stelle di neutroni), ed è per questo motivo che i ricercatori faticano a trovare delle stime accurate.
Lo studio del gruppo guidato da A. J. Millar ha però ovviato molti di questi ostacoli, trovando un risultato generale nettamente più fattibile da verificare concretamente: riscrivendo le equazioni di Maxwell e di Klein-Gordon in un sistema di coordinate favorevoli e manipolando algebricamente ciò che ne deriva, il gruppo di scienziati ha formulato una nuova equazione per gli assioni che, una volta risolta, garantisce una buona approssimazione della frequenza desiderata. Inoltre, le ipotesi sotto cui il loro metodo è applicabile sono leggere; di conseguenza, vengono lasciati aperti solo alcuni casi che necessitano, tuttavia, di ulteriori approfondimenti.
FONTE: Axion-photon conversion in strongly magnetised plasmas. Millar, A. J. et al. Journal of Cosmology and Astroparticle Physics. 8 November 2021