La luce oltre il buio primordiale: il segnale EDGES, le possibili interazioni con la materia oscura e le sfide future della riga a 21 cm

The 21 cm signal from neutral hydrogen is one of the most promising probes for investigating the early Universe, particularly during the "Dark Ages" and the "Cosmic Dawn", epochs that have so far remained inaccessible to traditional observational tools. In this context, the EDGES experiment attracted significant attention in 2018 by detecting an unexpected absorption feature. However, the anomalously large amplitude of the observed signal, roughly twice what is predicted by standard models, has led to the hypothesis of an interaction between baryonic matter and dark matter, opening the door to new physics beyond the Standard Model. This thesis explores the theoretical and observational framework of the 21 cm signal, discusses the main proposed interpretations and presents the future prospects offered by ongoing and upcoming experiments.

Il segnale a 21 cm dell'idrogeno neutro rappresenta una delle sonde più promettenti per indagare l’Universo primordiale, in particolare durante l’era delle "Dark Ages" e del "Cosmic Dawn", epoche finora inaccessibili con gli strumenti tradizionali. In questo contesto, l’esperimento EDGES ha suscitato grande interesse rilevando nel 2018 un segnale inaspettato. Tuttavia, l’ampiezza anomala del segnale osservato, circa il doppio di quanto previsto dai modelli standard, ha portato a ipotizzare un’interazione tra la materia barionica e la materia oscura, aprendo la strada a scenari di fisica oltre il Modello Standard. Questa tesi esplora il contesto teorico e osservativo del segnale a 21 cm, discute le principali interpretazioni proposte e presenta le prospettive future offerte da esperimenti in corso e in fase di sviluppo.