Gli scienziati tedeschi pensano di aver trovato un portale per la quinta dimensione

I fisici al lavoro su una teoria che supera il modello standard della fisica delle particelle. La novità è una dimensione extra nello spaziotempo

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No, non è un film di fantascienza. Una nuova scoperta effettuata dai fisici teorici potrebbe aiutare a svelare i misteri della materia oscura. Fino ad ora, gli scienziati hanno dovuto fare i conti con un limite: le previsioni della loro teoria non potevano essere testate sperimentalmente. Ma una nuova ipotesi va oltre il Modello Standard della fisica delle particelle aggiungendo un elemento in più, a dir poco affascinante: una quinta dimensione extra nello spaziotempo.

I fisici teorici del PRISMA insieme ai colleghi dell’Università Johannes Gutenberg di Mainz stanno lavorando a una teoria che va oltre il Modello Standard della fisica delle particelle e può rispondere a domande finora rimaste senza risposta ad esempio, rispetto alle gerarchie del masse di particelle elementari o all’esistenza della materia oscura. L’elemento centrale della nuova teoria è una quinta dimensione, più precisamente una dimensione extra nello spaziotempo. Lo studio è stato pubblicato sull’European Physical Journal C.

Già negli anni ’20, nel tentativo di unificare le forze di gravità e elettromagnetismo, Theodor Kaluza e Oskar Klein ipotizzarono l’esistenza di una dimensione extra oltre le familiari tre dimensioni spaziali e il tempo – che in fisica sono combinate in 4 dimensioni spazio-tempo. Se esiste, una dimensione così nuova dovrebbe essere incredibilmente minuscola e impercettibile all’occhio umano. Alla fine degli anni ’90 questa idea ha visto una notevole rinascita, quando ci si rese conto che l’esistenza di una quinta dimensione poteva risolvere alcune delle profonde questioni aperte della fisica delle particelle. In particolare, Yuval Grossman della Stanford University e Matthias Neubert, allora professore alla Cornell University, studiarono a lungo questi aspetti.

20 anni dopo, il gruppo di Matthias Neubert – dal 2006 alla facoltà dell’Università Johannes Gutenberg di Mainz (Germania) e portavoce del PRISMA + Cluster of Excellence – si è reso protagonista di un’altra scoperta inaspettata: ha scoperto che l’equazione di campo (teorizzata inizialmente da Einstein) ma a 5 dimensioni poteva predire l’esistenza di una nuova particella pesante con proprietà simili al famoso bosone di Higgs ma con una massa molto più pesante. Massa che non può essere prodotta nemmeno all’interno dell’acceleratore di particelle più potente del mondo: il Large Hadron Collider (LHC) del CERN di Ginevra.

“È stato un incubo”, ricorda Javier Castellano Ruiz, uno studente di dottorato coinvolto nella ricerca. Da una parte, “eravamo entusiasti all’idea che la nostra teoria prevedesse una nuova particella”. Ma c’erano tanti limiti da superare.

Nel recente studio, 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, osservata negli esperimenti astrofisici, può essere spiegata dalla loro teoria.

Attraverso la presenza di una quinta dimensione si possono ottenere indizi sulla fisica in una fase molto precoce della storia del nostro universo, quando per la prima volta fu prodotta la materia oscura.

“Dopo anni di ricerca sulle possibili conferme delle nostre previsioni teoriche alla fine la nuova particella potrebbe essere scoperta attraverso le sue interazioni con la materia oscura” ha detto Matthias Neubert, capo del gruppo di ricerca.

Il nostro universo ha sempre meno segreti.

Fonti di riferimento: The European Physical Journal C, ScienceDaily,