Secondo le idee più diffuse, circa il 68% del cosmo è costituito da un'entità misteriosa chiamata energia oscura, circa il 5% dalla materia ordinaria ed il restante 27% è materia oscura. Questa si troverebbe ovunque tra la materia ordinaria e, anche se non la vediamo, sarebbe costituita da particelle che hanno una massa ed esercitano una forza gravitazionale. Ora, i ricercatori del National Institute of Standards and Technology (NIST)  hanno proposto un nuovo metodo per trovare questa forma sfuggente della materia. L'esperimento sarebbe uno dei pochi a cercare particelle di materia oscura con una massa grande come quella di un granello di sale, una scala raramente esplorata e mai studiata dai sistemi in grado di registrare minuscole variazioni gravitazionali.

Precedenti tentativi sulla materia oscura hanno cercato segni di interazioni tra le particelle invisibili e certi tipi di materia ordinaria. Come, ad esempio, la ricerca degli ipotetici WIMP (Weakly Interacting Massive Particles), che sono stati tra i principali candidati per la materia oscura per più di due decenni. I fisici speravano di provare che, quando occasionalmente i WIMP entrano in collisione con determinate sostanze chimiche in un rilevatore, emettono luce o rilasciano una carica elettrica. Ma ne sono usciti a mani vuote o con risultati inconcludenti. Il gruppo NIST ha quindi deciso di esplorare un metodo più diretto e cercare particelle di materia oscura che hanno una massa maggiore e quindi esercitano una forza gravitazionale abbastanza grande da essere rilevata.

"La nostra proposta si basa esclusivamente sull'accoppiamento gravitazionale, l'unico accoppiamento che sappiamo per certo esistere tra materia oscura e materia ordinaria", ha detto Daniel Carney, fisico teorico al Nist, Joint Quantum Institute (JQI), Joint Center for Quantum Information and Computer Science (QuICS), Fermi National Accelerator Laboratory e co-autore della pubblicazione.
I ricercatori hanno calcolato che il loro metodo può cercare particelle di materia oscura con una massa minima pari a circa la metà di quella di un granello di sale, o circa un miliardo di miliardi di volte la massa di un protone. Poiché l'unica incognita nell'esperimento sarebbe la massa della particella di materia oscura, e non il modo in cui essa si accoppia alla materia ordinaria, "se qualcuno costruisse il nostro rilevatore, o troverebbe la materia oscura o escluderebbe tutti i candidati della materia oscura su una vasta gamma di possibili masse ", ha sottolineato Carney.

Carney e colleghi propongono due schemi per il loro esperimento gravitazionale sulla materia oscura.
In uno scenario, dei minuscoli pendoli, ossia dispositivi meccanici di dimensioni millimetriche che agiscono come rivelatori gravitazionali squisitamente sensibili, si spostano leggermente in risposta allo strattone gravitazionale ricevuto da una particella di materia oscura che vi passa attraverso.
Nel secondo, invece,  i ricercatori propongono di utilizzare piccole sfere levitate da un campo magnetico o dalla luce laser. La levitazione verrebbe disattivata all'inizio dell'esperimento, in modo che le sfere entrino in caduta libera. Quindi, se una particella di materia oscura passasse attraverso il rilevatore, il percorso in caduta libera degli oggetti sarebbe disturbato.

"Stiamo usando il movimento degli oggetti come un segnale", ha detto Jacob Taylor del NIST, co-autore del documento. "Questo è essenzialmente diverso da ogni rilevatore di fisica delle particelle che è stato fatto finora".

Con questo sistema, i fisici potrebbero indagare anche altri aspetti della materia, non solo oscura. Una versione su scala ridotta dello stesso esperimento, spiegano gli autori, potrebbe rilevare le forze deboli delle onde sismiche distanti e quelle del passaggio di particelle subatomiche ordinarie, come i neutrini e i singoli fotoni a bassa energia. 

Il team, che ora sta cercando di costruire un rilevatore gravitazionale di materia oscura, ha pubblicato lo studio su Physical Review D.