How We Could Solve the Dark Matter Mystery | Chanda Prescod-Weinstein | TED

Traduttore: Martina Lupinacci Revisore: Gabriella Patricola

When we look at the night sky,

Quando osserviamo il cielo di notte,

we see a vast cosmos

vediamo un vasto cosmo

filled with stars and galaxies and dust,

pieno di stelle e galassie e polvere,

a cosmos teeming with luminous phenomena.

un cosmo pullulante di fenomeni luminosi.

So we've all heard some version of that famous Carl Sagan line,

Abbiamo tutti sentito varie versioni della celebre frase di Carl Sagan

"We are made of star stuff."

“Siamo fatti di stelle”.

And it's true, we are.

Ed è vero, lo siamo.

And that makes it easy to believe that what matters is what's visible --

E questo ci rende più facile pensare che la materia è ciò che si vede,

us, the trees, the stars --

noi, gli alberi, le stelle,

perché ci aiuta a sentirci connessi con tutto ciò che riusciamo a vedere.

because it helps us feel connected to everything that we can see.

Today, we know that everything visible in the universe

Oggi sappiamo che tutto ciò che è visibile nell’universo

is composed from a basic set of building blocks

è composto da una serie di mattoncini

known as elementary particles.

conosciuti come particelle elementari.

We call this incredibly elegant picture

Noi chiamiamo questa immagine molto elegante

the standard model of particle physics,

modello standard della fisica delle particelle,

and we understand it in great mathematical detail.

e lo riusciamo a capire con grande dettaglio matematico.

Comprehending the standard model is an enormous achievement.

Comprendere il modello standard è un enorme traguardo.

But we are now certain that it describes very little of what's out there.

Ma adesso siamo certi che esso descrive poco di ciò che esiste.

It turns out that most of the stuff which fills our universe

Significa che gran parte di ciò che riempie il nostro universo

is completely invisible to us.

ci è completamente invisibile.

In other words, visible matter,

In altre parole, la materia visibile,

the kind that we and the stars are made from,

quella di cui siamo fatti noi e le stelle

the kind that radiates light,

quella che emana luce,

is not what's normal.

non è la normalità.

And we, the luminous matter,

Noi, la materia luminosa,

we are the cosmic weirdos.

siamo strambi cosmici.

So how do we know?

Ma come lo sappiamo?

Well, consider this invisible nonbinary person,

Beh, consideriamo un’invisibile persona non-binaria,

who's hiding in plain sight inside of their suit.

che si nasconde in piena vista dentro un abito.

We can't exactly see a person,

Non riusciamo a vedere la persona,

but we know that they're there, because the suit is filled out.

ma sappiamo che è là, perché l’abito è indossato.

So the presence of the invisible enby

Così la presenza dell’n-b invisibile

is governing how the suit hangs in space-time.

determina come l’abito sta nello spazio-tempo.

So we can see a similar effect with visible matter.

Così noi vediamo un effetto simile con la materia visibile.

We can see that stars and galaxies are affected

Vediamo che le stelle e le galassie sono influenzate

by the presence of something more,

dalla presenza di qualcos’altro,

something completely invisible to us.

qualcosa di totalmente invisibile a noi.

So we now know that the universe is more queer and fantastical

E sappiamo che l’universo è più bizzarro e fantastico

than it looks to the naked eye.

di come appare a occhio nudo.

(Cheers)

(Acclamazioni)

(Laughter)

(Risate)

That's right.

È così.

(Laughter and applause)

(Risate e applausi)

So how did the universe get this way,

In che modo l’universo è diventato così,

and what exactly is inside?

e di preciso cosa c’è dentro?

So I'm a theoretical physicist

Io sono un fisico teorico

with expertise in particle cosmology.

specializzato in cosmologia delle particelle.

Il mio lavoro è usare la matematica

And it's my job to use math

per studiare l’origine e l’evoluzione dello spazio-tempo

to study the origin and evolution of space-time

and every single thing that's inside of it.

e ogni singola cosa che c’è dentro.

I connect the very small -- elementary particles --

Connetto le minuscole particelle elementari

with the extremely large -- galaxies and galaxy clusters,

con le estremamente vaste galassie e ammassi di galassie,

and I'm a griot of the universe.

e sono un cantastorie dell’universo.

I develop creative mathematical narratives

Sviluppo narrazioni matematiche creative

that may just be our cosmic origin story.

che potrebbero essere la storia delle origini del cosmo.

Now as a theoretical physicist, I really love doing math

Ora, come fisico teorico, amo la matematica

and coming up with different ideas

e mettere insieme varie idee

che possano descrivere il nostro universo più invisibile.

that may describe our mostly invisible universe.

But it's important to be accountable to data too,

Ma è anche importante essere responsabili dei dati,

the real stuff.

ciò che conta.

So after mathematics,

Perciò, dopo la matematica,

my second favorite tool for addressing these large cosmological questions

il secondo elemento che uso per pormi i grandi quesiti cosmologici

is the biggest laboratory we know,

è il più grande laboratorio conosciuto,

the universe itself.

l’universo stesso.

Observatories with capabilities from visible light

Osservatori con capacità che vanno dallo spettro visibile

to high-energy X-ray and gamma-ray photons

ai raggi X ad alta energia e fotoni raggi gamma

are still some of the best ways to gain insight

sono ancora alcuni dei modi migliori di riuscire a guardare

into what's going on in space-time, with the invisible stuff.

cosa succede nello spazio-tempo, con tutto ciò che è invisibile.

So what you're looking at here is the Vera C. Rubin Observatory,

Quello che vediamo qui è l’Osservatorio Vera C. Rubin,

an exciting new facility

una fantastica nuova struttura

that's about to see its first light over the next two years.

che vedrà la luce nei prossimi due anni.

It's a leading example of a new generation of telescopes

È uno dei principali esempi di una nuova generazione di telescopi

that are going to change the way we see this mostly invisible universe.

che cambierà il modo in cui vediamo questo universo in gran parte invisibile.

Now it's also the case that swarms of satellites

Ora, succede anche che questi sciami di satelliti

threaten images from ground-based facilities like this one.

minaccino le immagini che vengono da strutture a terra come questa.

But the Vera C. Rubin Observatory can help us understand

Ma l’Osservatorio Vera C. Rubin può aiutarci a comprendere

where the invisible stuff is and what it's doing,

dov’è la materia invisibile e che cosa sta facendo,

which will help us determine what exactly it is.

e questo ci aiuterà a determinare cosa sia esattamente.

So when it comes to the cosmic accounting,

Quindi, riguardo alle spiegazioni cosmiche

here is what we know so far.

questo è quello che sappiamo finora.

We're in the midst of a great cosmic drama,

Siamo nel bel mezzo di una grande storia cosmica,

where space-time is curved and it’s expanding.

dove lo spazio-tempo è curvato e in espansione.

And the history and future of that curvature and expansion

E il passato e il futuro della curvatura e dell’espansione

is determined by what's inside,

sono determinati da cosa c’è dentro,

which is mostly not visible stuff like us --

che è per lo più materia non visibile come siamo noi,

that's only about five percent.

e questo è solo il 5% circa.

The majority of the energy-matter content in the universe

La gran parte della energia-materia contenuta nell’universo

is something that we call dark energy.

è qualcosa che chiamiamo energia oscura.

So empty space seems to have an energy associated with it.

E lo spazio sembra avere dell’energia associata ad essa.

And that's increasingly affecting how space-time expands.

E influenza sempre più il modo in cui lo spazio-tempo si espande.

After dark energy,

Dopo l’energia oscura,

the second-largest ingredient is something that we call dark matter.

il secondo ingrediente più importante è una cosa che chiamiamo materia oscura.

So here's the funky thing about dark matter.

C’è qualcosa di curioso sulla materia oscura.

Unlike dark energy,

A differenza dell’energia oscura,

it gravitates exactly like visible matter.

essa gravita esattamente come la materia visibile.

But it's completely unlike us in every other way.

Ma è totalmente diversa da noi sotto ogni altro aspetto.

So you might be thinking,

Voi potreste pensare,

"OK, dark matter.

“Ok, la materia oscura.

It clearly has a color associated with it."

Ha un colore associato a essa.”

It's dark, like my pants.

È scura, come i miei pantaloni.

Right?

Giusto?

Ma la prima cosa che dovete sapere sulla materia oscura

But the first thing you should know about dark matter

is that it doesn't have a color,

è che non ha un colore,

and at least at first approximation,

e almeno stando ai primi calcoli

light seems to go right through it, so we can't see it.

la luce sembra passarci attraverso e quindi noi non possiamo vederla.

It's invisible, maybe transparent, maybe clear.

È invisibile, forse trasparente, forse chiara.

So if you put out your hands

Ecco, se tendete le vostre mani

and think about the weight of having a clump of dark matter in your hands --

e pensate al peso che avrebbe un po’ di materia oscura nelle vostre mani

that's how it would feel,

la sentireste proprio così,

but your hands would look exactly the same.

ma le vostre mani sarebbero esattamente uguali.

Today, we believe

Oggi crediamo

that 80 percent of the normally gravitating matter in the universe

che l′80% della materia che normalmente gravita nell’universo

is dark matter.

sia materia oscura.

Dark matter is dominant on the outskirts of galaxies,

La materia oscura è dominante nelle periferie delle galassie,

and it affects stellar motions on the edges.

e influenza i moti stellari sui bordi.

This effect is actually how Vera C. Rubin and Kent Ford

Questo effetto ha permesso a Vera C. Rubin e Kent Ford

found the first substantive evidence for the existence of dark matter.

di trovare le prime sostanziali evidenze dell’esistenza della materia oscura.

What you're looking at here

Quello che vedete qui

is an artist's rendering of our own galaxy, the Milky Way,

è la rappresentazione artistica della nostra galassia, la Via Lattea

and it's enveloped in a halo of dark matter,

ed è avvolta in un’aureola di materia oscura,

represented here by a blue gas.

rappresentata qui dal gas blu.

We believe that every single galaxy,

Crediamo che ogni singola galassia,

or almost every single galaxy,

o quasi ogni singola galassia,

lives inside of a dark matter halo.

viva dentro un’aureola di materia oscura.

And we think that they're not alone.

E pensiamo che non siano sole.

The Milky Way itself has around 60 gravitationally bound satellite galaxies

Solo la Via Lattea ha circa 60 galassie satellite

gravitazionalmente legate nella sua orbita.

that are in its orbit.

Alcune di queste forse le avete viste osservando il cielo stellato,

Some of these, you may have seen when observing the night sky,

or you may have heard of,

o sentite nominare,

like the Large Magellanic Cloud and the Small Magellanic Cloud.

come la Grande Nube di Magellano e la Piccola Nube di Magellano.

Each of these satellites

Ciascuno di questi satelliti

lives inside of its own dark matter subhalo.

vive dentro il suo subalone di materia oscura.

So, like the invisible enby in their suit,

Quindi, come l’n-b invisibile nel suo abito,

the presence of dark matter

la presenza della materia oscura

is affecting how galaxies are distributed throughout space-time.

influenza come le galassie sono distribuite nello spazio-tempo.

So we can also reverse-engineer where dark matter is --

Noi possiamo anche decodificare dove si trova la materia oscura,

it's represented here by the bluish purple.

qui è rappresentata dal blu-violetto.

We can look at how images of galaxy clusters

Possiamo guardare quanto le immagini dei cluster di galassie

are distorted, which tells us something

sono distorte, il che ci dice qualcosa

about how dark matter is distorting space-time.

su come la materia oscura distorce lo spazio-tempo.

So we know something about how much dark matter there is,

Quindi, sappiamo qualcosa su quanta materia oscura c’è,

and even how the dark matter is distributed,

e anche su come la materia oscura si distribuisce,

but what kind of particle is it?

ma che tipo di particella è?

So all that we know

Quello che sappiamo

is that it's beyond standard-model physics.

è che va oltre il modello fisico standard.

It's not like any of the particles that we have ever seen

Non è come nessun’altra particella che conosciamo

or had any kind of contact with.

o con cui siamo entrati in contatto.

Alright, so this seems like a potentially terrifying,

Ok, così sembra un problema potenzialmente terrificante

intractable problem,

e ingestibile,

because we're talking about something that we can't see,

perché parliamo di qualcosa che non possiamo vedere,

something that we can't touch.

che non possiamo toccare.

You might be thinking,

Potreste pensare,

"OK, they haven't had many ideas about that over the years,

“Ok, forse in questi anni non hanno trovato una soluzione

because that just seems really hard."

perché è qualcosa di davvero difficile.”

Right?

Giusto?

So here's the Venn diagram to end all Venn diagrams.

Questo è il diagramma di Venn dei diagrammi di Venn.

(Laughter)

(Risate)

[Teorie sulla Materia Oscura]

[Theories of Dark Matter]

So I'll bet y'all a hundred dollars that you can't find a better one.

Scommetto cento dollari che non riuscite a trovarne una migliore.

At least according to me.

Almeno secondo me.

(Laughter)

(Risate)

So Tim Tait created this diagram

Allora Tim Tait ha creato questo diagramma

to help us visualize just some of the hypotheses

per aiutarci a visualizzare alcune delle ipotesi

that physicists have had over the years to explain the dark matter problem

che i fisici hanno trovato negli anni per spiegare la materia oscura

and how these ideas overlap with each other.

e alcune di queste idee si sovrappongono.

So as you all can see, there's a lot happening here, right?

Come potete vedere ci sono tante cose qui, no?

And hopefully, it's becoming increasingly clear

Per fortuna, sta diventando sempre più chiaro

that this isn't just an astrophysics problem

che questo non è solo un problema dell’astrofisica

of galaxies and galaxy clusters,

di galassie e cluster di galassie,

but this is also a particle physics problem.

ma è anche un problema della fisica delle particelle.

In order to understand what's happening on the largest scales,

Per poter capire cosa succede su più vasta scala,

we need to understand something very small,

dobbiamo comprendere qualcosa di molto piccolo,

like a new particle,

come una nuova particella,

or maybe primordial black holes.

o anche i buchi neri primordiali.

So you've been looking at this for a moment,

Adesso che avete osservato questa immagine per un po’

and you know what you're all really thinking is,

quello a cui state davvero pensando è:

“Qual è la teoria preferita di Chanda?”

"What's Chanda's favorite dark matter candidate?"

Right? This is what you're dying to know?

Giusto? Non vedete l’ora di saperlo?

So, I'll end the suspense by telling you ...

E io porrò fine alla suspense dicendo

that my favorite candidate is something called the axion.

che la mia teoria preferita è chiamata l’assione.

This is the hypothetical particle.

È una particella ipotetica.

And the first thing that I want to tell you about the axion

E la prima cosa che voglio dirvi sull’assione

is that it was almost called the higglet ...

è che stavano quasi per chiamarlo “higglet”.

(Laughter)

(Risate)

And whoever chose "the axion" just completely blew it, OK?

E chiunque abbia scelto “assione” ha proprio sbagliato, ok?

I'm pretty bummed about that.

E questo mi rattrista abbastanza.

But the axion is a compelling particle, because it's a twofer:

Ma l’assione è una particella strana perché vale doppio:

it addresses a problem that we already had,

pone un problema che già avevamo,

a conflict between theory and experiment

un conflitto tra teoria e pratica

in the realm of quark physics.

nel regno della fisica dei quark.

"OK," you say, "but, like, how can I visualize it?"

Voi direte “ma come posso visualizzarlo?”

At this point in the talk, you should know better, right?

A questo punto della presentazione dovreste saperlo, no?

Because to first approximation, dark matter is invisible.

Perché da una prima stima, la materia oscura è invisibile.

(Laughter)

(Risate)

But I know you really want a visual,

Ma so che volete un’immagine,

so I'm going to give you one.

e io ve ne darò una.

Here's what it looks like to me, in my everyday work.

Ecco come la vedo io nel mio lavoro quotidiano.

(Laughter)

(Risate)

(Applause)

(Applausi)

Ovvero, va bene se non è intuitivo.

Which is to say, it's OK if this is unintuitive.

(Laughter)

(Risate)

The universe is a wonderfully strange and fantastical place,

L’universo è un posto strano e meravigliosamente fantastico,

and that's why humans as a species have always wanted to study it.

e perciò la specie umana ha sempre voluto studiarlo.

And this is why we have so much fun, trying to understand it.

E perciò ci divertiamo cercando di capirlo.

So how are we going to go looking for the axion

Allora, come facciamo a trovare un assione

or any other dark matter particle?

o altre particelle della materia oscura?

Potreste pensare all’approccio della fisica tradizionale delle particelle

You might think that we have to use traditional particle physics approaches,

like colliders, where we smash particles together

come gli anelli di collisione dove le particelle si fanno scontrare

and see what comes out.

per vedere cosa succede.

But astrophysical signals have something to say.

Ma i segnali astrofisici ci dicono qualcosa

Telescopes from across the electromagnetic spectrum --

I telescopi che attraversano lo spettro elettromagnetico

for example, the proposed NASA facility,

per esempio, il già citato apparecchio NASA,

the STROBE-X X-ray space telescope --

il telescopio spaziale a raggi X, Strobe-X,

can help us potentially determine what exactly dark matter is.

possono aiutarci a determinare cosa è di preciso la materia oscura.

But telescopes look at the very large.

Ma i telescopi guardano alla vastità.

How can we use the extremely large to understand something so small?

Come usare ciò che è grande per capire qualcosa così piccolo?

Well, in the case of the axion,

Beh, nel caso dell’assione,

it helps to pay attention to its quantum classification.

ci aiuta a prestare attenzione alla classificazione dei quanti.

So all particles come in one of two quantum categories,

Tutte le particelle rientrano in due categorie di quanti,

fermions and bosons.

fermioni e bosoni.

So fermions, even when things get cold,

I fermioni anche quando tutto si raffredda

like to keep their distance from each other.

tendono a stare distanti gli uni dagli altri.

They're antisocial.

Sono asociali.

That's how it is.

È così.

Bosons, on the other hand,

I bosoni, d’altra parte,

when they get below a critical temperature,

quando si scende sotto una certa temperatura,

they're like five-year-olds on a soccer field,

sono come bambini piccoli in un campo da calcio,

so they don't have a concept of formation,

non hanno il concetto di formazione,

they just bunch up together.

si raggruppano.

So in technical terms,

In termini tecnici,

we call this the formation of a Bose-Einstein condensate,

la chiamiamo formazione del condensato di Bose-Einstein,

where all the particles come together and act like one superparticle.

dove le particelle si comportano come una singola superparticella.

So importantly, axions are bosons,

È significativo che gli assioni siano dei bosoni

and so now you have a sense of why I like working with them.

e adesso è chiaro perché mi piace lavorare con loro.

I'm completely enamored with the idea of axion Bose-Einstein condensates.

Sono totalmente innamorata degli assioni condensati di Bose-Einstein.

So usually, we talk about creating these quantum states in the lab,

Di solito, creiamo questi stati quantistici in laboratorio,

using atoms,

usando gli atomi,

but now,

ma adesso

we're talking about the possibility of new, maybe galaxy-scale

si parla della possibilità di nuovi condensati di Bose-Einstein

Bose-Einstein condensates made out of dark matter.

della grandezza di una galassia, fatti di materia oscura.

So what you're looking at here

Quello che vediamo qui

is a simulation developed by a team that I lead.

è una simulazione fatta dal team guidato da me.

It's an axion condensate orbiting a central mass.

È un assione condensato che orbita intorno a una massa

So it's like a subhalo orbiting its host galaxy.

Come un subalone che orbita intorno alla galassia ospitante.

Maybe the Large Magellanic Cloud orbiting the Milky Way.

Come la Grande Nube di Magellano orbita intorno alla Via Lattea.

As you can see, over the age of the universe,

Come potete vedere, durante lo sviluppo dell’universo,

the subhalo starts to get to get torn apart,

il subalone inizia a cadere a pezzi

and what my team's work shows

e quello che il lavoro del mio team dimostra

is that the way that this happens with axions

è che il modo in cui questo succede con gli assioni

is different than with other dark matter candidates,

è diverso da altri elementi della materia oscura,

because it goes into this special condensate state.

perché entra in questo particolare stato condensato.

Now imagine the possibility

Immaginate la possibilità

that there's more than one type of dark matter candidate.

che ci siano diversi tipi di elementi della materia oscura.

Maybe there's more than one type of dark matter particle?

Forse esiste più di un tipo di particelle della materia oscura?

How much richer this picture can be.

Quanto si arricchisce l’immagine.

There's no cosmic rule that says there can only be one.

Non esiste una regola cosmica che dice che esiste un solo tipo.

So in the end,

Perciò, alla fine,

I expect the universe to force us to reevaluate what we thought we knew.

credo che l’universo obblighi a ripensare quello che sapevamo.

[Making the invisible visible.]

[Rendere visibile l’invisibile]

When we honor the land and the sky ...

Quando onoriamo la terra e il cielo,

as our galactic relations ...

come nostre relazioni galattiche,

and their Indigenous stewards,

e i loro assistenti indigeni,

it becomes possible for us to imagine

diventa possibile immaginare

new ways of being in good relations with each other.

nuovi modi di mantenere buoni rapporti gli uni con gli altri.

That's why I, as a Black queer person,

Ecco perché io, come persona nera queer,

am so proud to follow in the footsteps of my ancestors,

sono orgogliosa di seguire le orme dei miei antenati,

who studied and dreamed with the night sky,

che hanno studiato e sognato con il cielo notturno,

sometimes of freedom.

la libertà, a volte.

Astronomers like Harriet Tubman,

Astronomi come Harriet Tubman,

for whom the recently launched James Webb Space Telescope

a cui il telescopio spaziale James Webb appena lanciato

should be renamed.

dovrebbe essere intitolato.

(Applause)

(Applausi)

I honor the gay NASA employees who were persecuted

Voglio onorare gli impiegati gay della NASA perseguitati

under the leadership of JWST's namesake,

sotto la guida dell’omonimo del JWST,

even as I share in the tremendous community-wide excitement

anche se condivido l’enorme eccitazione della comunità

for what that facility is going to teach us about dark matter.

per ciò che questo apparecchio ci insegnerà sulla materia oscura.

And I honor the memory of Vera C. Rubin,

E onoro la memoria di Vera C. Rubin,

the astronomer who first asked me,

l’astronoma che per prima mi ha chiesto

as a young, terrified graduate student,

quando ero una neolaureata giovane e spaventata

"How do you think we should solve the dark matter problem?"

“Come pensi che dovremmo risolvere il problema della materia oscura?”

We live in an amazing time to be doing dark matter research.

Viviamo in tempi magnifici per fare ricerche sulla materia oscura.

Over the next decade,

Nel corso del prossimo decennio,

we're going to see the universe with incredible accuracy and clarity

vedremo l’universo con estrema precisione e chiarezza

thanks to these new telescopes on the ground and in the sky.

grazie a questi nuovi telescopi sia sulla Terra che nello Spazio.

We'll probably get some answers,

Forse avremo qualche risposta,

but we're going to get a host of new questions.

ma avremo un mucchio di nuove domande.

And my team? We're going to be ready.

E il mio team? Noi saremo pronti.

So the search for dark matter is on.

La ricerca sulla materia oscura è iniziata

What's your favorite candidate?

Qual è il vostro elemento preferito?

(Laughter)

(Risate)

If it's not an axion, you better fix that.

Se non è l’assione, fareste meglio a cambiare idea.

(Laughter)

(Risate)

Thank you.

Grazie

(Cheers and applause)

(Acclamazioni e applausi)