I neutroni ultrafreddi non spariscono, svanendo nel mondo speculare
Villigen, 28.07.2026 — Sono ormai decenni che in fisica si ipotizza l’esistenza di un mondo speculare che intrattiene contatti estremamente rarefatti con la nostra realtà. Le particelle di questo mondo speculare sono considerate anche come gli elementi che potrebbero costituire la cosiddetta materia oscura. I ricercatori dell’Istituto Paul Scherrer PSI hanno ora misurato circa 25 miliardi di neutroni, escludendo così, con altissima probabilità, che questi spariscano dalla circolazione dileguandosi nel mondo speculare.
Sembra un’idea partorita dalla fantascienza, ma proviene invece da rinomati ricercatori nel campo della fisica teorica: accanto alla nostra realtà ordinaria potrebbe esistere un cosiddetto mondo speculare, o universo a specchio, in cui ogni tipo di particella elementare disporrebbe di una corrispondente particella speculare. Esisterebbero quindi elettroni speculari così come protoni speculari o neutroni speculari. Secondo questa teoria, peraltro, sarebbero quasi nulle le interazioni tra le particelle normali e le particelle speculari. “Fondamentalmente, l'ipotesi vuole che i due tipi di particelle si percepiscano vicendevolmente attraverso la forza di gravità", afferma Geza Zsigmond, scienziato presso il Centro di ricerca sui neutroni e i muoni dell'Istituto Paul Scherrer PSI.
Nonostante una ricerca che dura da decenni, l'esistenza di queste misteriose particelle speculari non è mai stata provata. A dire il vero i risultati di recenti esperimenti condotti presso l’Istituto Laue-Langevin in Francia hanno ravvivato le teorie sui neutroni speculari; a fronte di tutto ciò, i ricercatori dell'Istituto Paul Scherrer PSI adesso sono riusciti a fare maggiore chiarezza grazie a un nuovo esperimento che ha raggiunto una precisione senza confronto a livello mondiale: con un'elevatissima probabilità si può escludere la trasformazione dei neutroni nella loro versione speculare.
Proprio per il fatto che le particelle speculari non intrattengono quasi alcuna interazione con la materia normale, la loro ricerca risulta molto difficile. Queste particelle speculari entrano in contatto con la materia a noi nota solo in due modi: o tramite la gravità o tramite rare oscillazioni di particelle neutre. Per questo motivo le particelle speculari sono considerate anche come gli elementi che potrebbero costituire la cosiddetta materia oscura dell’universo. Infatti, sebbene la cosiddetta materia oscura rappresenti sostanzialmente una massa nell’universo molto maggiore rispetto alla nostra materia «tradizionale», la sua natura è del tutto ignota. È proprio perché le particelle speculari interagiscono così debolmente con il nostro mondo, che a queste si potrebbe associare la materia oscura.
Alla ricerca di rare oscillazioni
«Non esiste alcuna possibilità di provare l’esistenza delle particelle speculari facendo ricorso alla sola forza di gravità», afferma Bernhard Lauss, che dirige il gruppo di ricerca sulla fisica dei neutroni ultrafreddi presso il Centro di ricerca sui neutroni e i muoni dell'Istituto Paul Scherrer PSI. "Ci siamo quindi concentrati su un’altra proprietà delle particelle speculari, vale a dire il fatto che, secondo questa ipotesi, le particelle neutre potrebbero oscillare avanti e indietro tra la nostra materia normale e il mondo speculare. Una particella neutra, come è il neutrone, potrebbe quindi, molto raramente, scomparire semplicemente dalla ribalta del nostro mondo e trasformarsi in una particella speculare. Dopo un certo tempo, potrebbe poi ricomparire all'improvviso, come dal nulla.
«I neutroni si prestano bene a questo studio perché, in primo luogo, sono elettricamente neutri e, in secondo luogo, poiché possiedono una strana proprietà» aggiunge Zsigmond. «Sembra infatti che i neutroni posseggano durate di vita diverse a seconda del modo in cui questi vengono misurati."Parte di questa discrepanza potrebbe risiedere nel fatto che alcuni neutroni durante la misurazione "sprofondano» nel mondo speculare.
Per scoprire il «trucco» alla base di questo comportamento particolare, i ricercatori dell'Istituto Paul Scherrer PSI, in collaborazione con quelli del Politecnico Federale di Zurigo (ETH) e dell’Università Jagellonica in Cracovia, hanno ideato un esperimento geniale. I ricercatori hanno fortemente rallentato i neutroni, che vengono prodotti in grandi quantità dall’acceleratore di protoni ad alta intensità dell'Istituto Paul Scherrer PSI, generando in questo modo i cosiddetti neutroni ultrafreddi. Questi neutroni ultrafreddi sono stati poi intrappolati in uno speciale contenitore in acciaio inossidabile sottovuoto e amagnetico. A tal fine, in primo luogo erano necessari moltissimi neutroni ultrafreddi e questi sono stati ottenuti grazie alla Sorgente svizzera di neutroni di spallazione SINQ del PSI, all’avanguardia a livello mondiale nella produzione di neutroni. In secondo luogo, le bobine di campo magnetico che circondano il contenitore dovevano essere controllati con la massima precisione. Infatti, la probabilità che i neutroni passino nel mondo speculare e tornino poi nel nostro mondo dipende in modo molto sensibile dai campi magnetici presenti.
Nessuna traccia di un mondo speculare, nonostante risultati da primato mondiale
Il team ha pertanto immagazzinato circa 1,5 milioni di neutroni ogni 5 minuti in un grande serbatoio di acciaio inossidabile. Dopo circa 200 secondi, il serbatoio veniva svuotato e i ricercatori rilevavano quanti neutroni fossero rimasti. L'esperimento è stato ripetuto per diversi mesi, in modo tale da misurare in totale circa 25 miliardi di neutroni.
"Eseguendo tali misurazioni, abbiamo modificato gradualmente il campo magnetico e la sua direzione nel corso del tempo, per esaminare a fondo tutte le aree rilevanti in cui ci si sarebbe potuti aspettare oscillazioni tra neutroni e neutroni speculari», spiega Lauss."Ma non abbiamo assolutamente riscontrato alcun indizio di tali oscillazioni."Con tali risultati si possono escludere con un'altissima probabilità tutte le congetture avanzate finora sulla trasformazione in particelle speculari.
L'esperimento svolto presso l'Istituto Paul Scherrer PSI è il migliore al mondo nel suo genere e stabilisce il parametro di riferimento per il prossimo futuro. Ulteriori miglioramenti concreti sarebbero alquanto impegnativi. «Ci riempie inoltre di orgoglio il fatto che molti giovani abbiano potuto partecipare a questo esperimento», sottolinea Lauss. Nel quadro delle ricerche eseguite sono state infatti portate a termine due tesi di dottorato, in collaborazione con il Politecnico Federale di Zurigo (ETH); oltre a questo, molti studenti hanno preso parte all’esperimento.
Anche se non è stata trovato alcun segnale di un fantasmagorico mondo speculare, il risultato di questo studio è importante per la fisica delle particelle."Limitando il margine di manovra per determinate ipotesi, mostria mo ai ricercatori nel campo della fisica teorica che devono battere nuovi sentieri", conclude Zsigmond. «Solo se riceve questo genere di stimoli la fisica può continuare a evolversi.»
Testo: Dirk Eidemüller
Informazioni sul PSI
L'Istituto Paul Scherrer PSI sviluppa, costruisce e gestisce grandi e complesse strutture di ricerca e le mette a disposizione della comunità di ricerca nazionale e internazionale. La sua ricerca si concentra sulle tecnologie del futuro, l'energia e il clima, l'innovazione sanitaria e i fondamenti della natura. La formazione dei giovani è una preoccupazione centrale del PSI. Per questo motivo, circa un quarto dei nostri dipendenti sono ricercatori post-dottorato, dottorandi o apprendisti. Il PSI impiega un totale di 2.300 persone, il che lo rende il più grande istituto di ricerca della Svizzera. Il budget annuale è di circa 450 milioni di franchi svizzeri. Il PSI fa parte del settore dei PF, che comprende anche il Politecnico di Zurigo e l'EPF di Losanna, nonché gli istituti di ricerca Eawag, Empa e WSL.
Contatto
Dr. Geza Zsigmond
PSI Center for Neutron and Muon Sciences
Istituto Paul Scherrer PSI
+41 56 310 35 69
geza.zsigmond@psi.ch
[tedesco, inglese, italiano]
Dr. Bernhard Lauss
PSI Center for Neutron and Muon Sciences
Istituto Paul Scherrer PSI
+41 56 310 46 47
bernhard.lauss@psi.ch
[tedesco, inglese]
Pubblicazione originale
New high-sensitivity search for neutron to mirror-neutron oscillations at the PSI UCN source
N.J. Ayres, Z. Berezhiani, G. Bison, K. Bodek, V. Bondar, P.-J. Chiu, M. Daum, C. B. Doorenbos, S. Emmenegger, K. Kirch, V. Kletzl, J. Krempel, B. Lauss, D. Pais I. Rienäcker, D. Ries, D. Rozpȩdzik, P. Schmidt-Wellenburg, K. S. Tanaka, J. Zejma, N. Ziehl, G. Zsigmond
Physical Review Letters, 28.07.2026 (en ligne)
DOI: 10.1103/2qck-n6mb
Testo originale:
https://www.psi.ch/it/news/comunicati-stampa/i-neutroni-non-spariscono-svanendo-nel-mondo-speculare