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Discovery strategies for Dark Matter and new phenomena in hadronic signatures with the ATLAS detector at the Large Hadron Collider

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L’analisi dei dati in tempo reale getta luce sulla materia oscura

La ricerca della materia oscura, che gli scienziati ritengono costituire la maggior parte dell’universo, continua a confermarsi sfuggente. Una nuova tecnica di raccolta dei dati potrebbe aiutare i ricercatori nel loro tentativo di fornire risposte a una delle domande più fondamentali.

Ricerca di base icon Ricerca di base

La materia visibile, ovvero tutto ciò che siamo in grado di toccare e vedere, rappresenta appena una piccola frazione di quello che compone l’universo, mentre la stragrande maggioranza della materia, circa l’85 %, è «oscura», il che significa che non emette né riflette la luce. Sebbene i fisici non abbiano ancora avuto modo di osservare l’interazione di una qualsiasi particella conosciuta con la materia oscura, hanno la certezza che esista. «Si evince la presenza di una materia inspiegabile sulla base delle leggi della gravità che conosciamo», spiega Caterina Doglioni, coordinatrice del progetto DARKJETS e ricercatrice senior presso l’Università di Lund, in Svezia. «Non siamo ancora riusciti a capire di cosa si tratta.» Un’ipotesi è che questa materia oscura sia costituita da particelle che interagiscono in modo debole con le particelle tradizionali. Alcuni astrofisici stanno provando a ricreare la materia oscura in laboratorio, frantumando le particelle le une contro le altre. Uno dei posti migliori dove farlo è il grande collisore di adroni (LHC, Large Hadron Collider) presso il laboratorio del CERN a Ginevra.

Il tessuto dell’universo

L’obiettivo del progetto DARKJETS, finanziato dal Consiglio europeo della ricerca, consisteva nel contribuire a fare progredire la comprensione di una delle questioni più fondamentali, ossia di cosa è composto l’universo. Per farlo, si è soffermato sullo sviluppo di nuove tecniche per l’analisi dei dati. «Quando due particelle collidono, è possibile che si formi una particella “messaggera” che trasmette l’interazione tra particelle normali e quelle di materia oscura», aggiunge Doglioni. «Quando facciamo scontrare due particelle presso l’LHC, non stiamo cercando direttamente la materia oscura, bensì l’esistenza di queste nuove particelle messaggere che potrebbero indicarne la presenza.» Finora, la sfida per gli scienziati risiedeva nel gestire la grande mole di dati prodotta da queste interazioni. «Di frequente, vi sono troppi dati da registrare», afferma. «Quindi, volevamo capire se fosse possibile esaminare queste interazioni in maniera più efficiente.» Per riuscire in questo intento, il progetto DARKJETS ha introdotto una nuova tecnica di raccolta dei dati per l’esperimento ATLAS presso il CERN. Un aspetto significativo è che questa tecnica non ha bisogno di enormi risorse di dati poiché applica algoritmi di analisi in tempo reale per ridurne la dimensione e registra soltanto ciò che è importante. In questo modo i ricercatori possono registrare un numero maggiore di dati con una minore esigenza di archiviazione. «Le interazioni tra particelle possono essere forti, come nel caso di una grande calamita attaccata a un frigo, oppure deboli, come quando le calamite di piccole dimensioni cadono», osserva Doglioni. «Durante la nostra ricerca della materia oscura, cerchiamo interazioni sempre più deboli e, per farlo, ci occorrono molti più dati. È in questo frangente che le tecniche di analisi in tempo reale possono davvero aiutare.»

Domande esistenziali

Non è ancora stata scoperta alcuna particella di segnalazione che non possa essere spiegata dal modello standard della fisica delle particelle, a indicare il fatto che la ricerca della materia oscura debba proseguire. Ciononostante, Doglioni reputa che i fisici siano sulla buona strada. Riuscire a raccogliere un numero sempre maggiore di dati può solo aumentare le possibilità di rilevare interazioni rare tra la materia ordinaria e la materia oscura. «Siamo ancora in procinto di analizzare le serie di dati, e il metodo che abbiamo elaborato è ora diventato una tecnica più consolidata», afferma. Doglioni considera la ricerca della materia oscura una missione di natura esistenziale. «Non è certo allo stesso livello di rendersi conto che la Terra non si trova al centro dell’Universo», conclude. «Eppure, sarebbe un’impresa incredibile scoprire ciò che costituisce l’85 % dell’universo.»

Parole chiave

DARKJETS, materia oscura, universo, astrofisici, particella, CERN, LHC, fisica, Terra, algoritmi

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