L’Infn ha recentemente dato luce verde all’esperimento Padme (Positron Annihilation into Dark Matter Experiment), che rappresenta uno dei più importanti risultati di What Next, il percorso di riflessione scientifica promosso nella comunità Infn per individuare i più promettenti esperimenti e ambiti su cui orientare la ricerca nel prossimo futuro. Padme è dedicato alla ricerca del fotone oscuro, un’ipotetica particella, simile al fotone delle onde elettromagnetiche ma con una piccola massa, prevista da alcuni recenti modelli teorici che descrivono la materia oscura. L’esperimento entrerà in funzione nei Laboratori Nazionali di Frascati (Lnf) dell’Infn in una nuova sala sperimentale della struttura di test dell’acceleratore lineare, la BtfBeam Test Facility (Btf).
Lo studio della materia oscura è una delle frontiere più affascinanti della ricerca in fisica fondamentale. Gli scienziati non sanno né di che cosa sia fatta né per quale ragione e, pur essendo così abbondante a livello cosmico (si stima che componga circa l’80% di tutta la materia dell’universo), non sono state ancora rivelate sue interazioni dirette con la nostra materia ordinaria. Unica certezza sulla sua natura: la materia oscura è fatta di qualcosa di diverso dalle particelle che costituiscono la materia ordinaria come i protoni, i neutroni o gli elettroni. Un’ipotesi, quella su cui si basa l’esperimento Padme, è che la materia oscura sia sensibile a un nuovo tipo di forza che non rientra tra le quattro forze fondamentali che conosciamo, ovvero le forze gravitazionale, elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole. A questa nuova forza, come per le altre quattro, sarebbe associato un “messaggero”, in questo caso un fotone, con proprietà simili al fotone ordinario ma contraddistinto dal fatto di avere una piccola massa. A questo ipotetico “messaggero” i fisici hanno dato il nome di “fotone oscuro”. [Eleonora Cossi]