Stelle di neutroni, laboratorio cosmico per la ricerca di una nuova forza della natura

Le quattro forze fondamentali oggi note – gravitazionale, elettromagnetica, nucleare forte e nucleare debole – descrivono le interazioni che governano l’universo. Da tempo, però, gli scienziati riflettono sulla possibile esistenza di una quinta forza, capace di mettere in discussione il quadro fisico attuale e aprire nuove prospettive teoriche.

In uno studio pubblicato su Physical Review Letters, dal titolo Leading bounds on micro- to picometer fifth forces from neutron star cooling, un team di ricercatori di Bari, Padova, Sydney e DESY Zeuthen propone di utilizzare le stelle di neutroni come laboratori naturale per cercare di testare l’esistenza di questa forza sconosciuta. Le stelle di neutroni, residui ultra-densi di esplosioni di supernova, rappresentano infatti un ambiente caratterizzato da condizioni estreme, impossibili da riprodurre sulla Terra.

Analizzando le osservazioni di alcune stelle isolate – tra cui membri delle “Magnifiche Sette” e la pulsar PSR J0659 – i ricercatori hanno simulato come eventuali nuove particelle, mediatrici di una quinta forza, influenzerebbero il loro raffreddamento: più particelle vengono prodotte, più rapidamente la stella perde energia. I risultati mostrano che una tale forza modificherebbe sensibilmente la velocità di raffreddamento, ponendo vincoli fino a un milione di volte più stringenti rispetto ai precedenti esperimenti.

Allo studio ha partecipato il dott. Alessandro Lella del Dipartimento Interuniversitario di Fisica dell’Università di Bari e della Sezione di Bari dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN). Il dott. Lella ha recentemente terminato il dottorato di ricerca in Fisica Teorica, sotto la supervisione del Prof. Alessandro Mirizzi, professore ordinario presso l’Università di Bari e incaricato di ricerca presso l’INFN. In tale ambito il dott. Lella ha svolto il suo progetto di tesi dal titolo “Probing Fundamental Physics with Core-Collapse Supernovae: Insights from a Multimessenger Perspective”, proponendo di utilizzare la supernovae come laboratori cosmici per studiare nuove particelle, fissando nuovi vincoli sulle loro proprietà. Il dott. Lella è autore di diverse pubblicazioni scientifiche di rilevanza internazionale, e svolge la sua attività di ricerca in collaborazione con prestigiosi enti di ricerca come il Laboratoire de Physique Teorique di Annecy e l’Università di Saragozza.

«E’ incredibile pensare che una nuova forza che agisce su distanze più piccole dello spessore di un capello potrebbe influenzare l’evoluzione di alcuni degli ambienti più estremi del nostro Universo. Abbiamo invece scoperto che non solo li influenza, ma che queste osservazioni astronomiche sarebbero lo strumento più efficace per rilevarla», dice il dott. Lella.

Se confermata, questa possibilità aprirebbe scenari del tutto nuovi, non solo per la fisica fondamentale e per l’eventuale esistenza di nuove dimensioni, ma anche per la comprensione della natura della materia oscura, uno dei più grandi enigmi cosmici.

Link: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/tlqz-713s Titolo: Leading bounds on micro- to picometer fifth forces from neutron star cooling – «Physical Review Letters» – 2025 Autori: Damiano F. G. Fiorillo, Alessandro Lella, Ciaran O’Hare, Edoardo Vitagliano