Le particelle più piccole hanno salvato l’universo dal completo annientamento

Secondo la teoria del Big Bang prevista dalla cosmologia moderna, la materia è stata creata con una uguale quantità di antimateria. Se le cose fossero rimaste così, la materia e l'antimateria avrebbero dovuto essere completamente annientate, annichilendosi

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Le increspature dello spazio-tempo scoperte di recente chiamate onde gravitazionali potrebbero contenere prove per dimostrare la teoria secondo cui la vita è sopravvissuta al Big Bang a causa di una transizione di fase che ha permesso alle particelle chiamate neutrini di rimescolare la materia e l’antimateria, spiega un nuovo studio condotto da un team internazionale di ricercatori.

Secondo la teoria del Big Bang prevista dalla cosmologia moderna, la materia è stata creata con una uguale quantità di antimateria. Se le cose fossero rimaste così, la materia e l’antimateria avrebbero dovuto essere completamente annientate, annichilendosi.

Ma la nostra esistenza contraddice questa teoria. Per evitare il completo annientamento, l’Universo deve aver trasformato una piccola quantità di antimateria in materia creando uno squilibrio tra di loro. Lo squilibrio necessario è solo una parte in un miliardo. Ma è rimasto un mistero completo quando e come è stato creato lo squilibrio.

L’universo diventa opaco alla luce quando guardiamo indietro a circa un milione di anni dopo la sua nascita. Questo pone la domanda fondamentale di ‘perché siamo qui?’ a cui è difficile rispondere“, afferma Jeff Dror, co-autore dell’articolo, che opera presso l’Università della California, Berkeley, e ricercatore di fisica presso il Lawrence Berkeley National Laboratory.

Poiché materia e antimateria hanno cariche elettriche opposte, non possono trasformarsi l’una nell’altra, a meno che non siano neutre elettricamente. I neutrini sono le uniche particelle di materia neutra elettrica che conosciamo e sono i più probabile responsabili del salvataggio dell’universo. Una teoria che molti ricercatori sostengono è che l’Universo abbia attraversato una transizione di fase durante la quale i neutrini hanno rimescolato la materia e l’antimateria.


Una transizione di fase è come bollire l’acqua fino allo stato di vapore o raffreddarla fino a ghiacciarla. Il comportamento della materia cambia a temperature specifiche chiamate temperature critiche. Quando un determinato metallo viene raffreddato a bassa temperatura, perde completamente la resistenza elettrica mediante una transizione di fase, diventando un superconduttore.

Proprio come un superconduttore, la transizione di fase all’inizio L’universo potrebbe aver creato un tubo molto sottile di campi magnetici chiamati stringhe cosmiche”, spiega il coautore dell’articolo Hitoshi Murayama, professore di fisica al MacAdams presso l’Università della California, Berkeley, ricercatore principale presso il Kavli Institute for Physics and Mathematics of the Universe, Università di Tokyo e scienziato della facoltà senior presso Lawrence Berkeley National Laboratory .

Dror e Murayama fanno parte di un team di ricercatori provenienti da Giappone, Stati Uniti e Canada che credono che le stringhe cosmiche cerchino di semplificarsi, portando a piccole oscillazioni dello spaziotempo chiamate onde gravitazionali. Queste potrebbero essere rilevati da futuri osservatori spaziali come LISA, BBO (European Space Agency) o DECIGO (Japanese Astronautical Exploration Agency) per quasi tutte le possibili temperature critiche.

La recente scoperta delle onde gravitazionali apre una nuova opportunità per guardare indietro nel tempo, poiché l’Universo è stato da subito trasparente alla gravità. Quando l’Universo avrebbe potuto essere da un trilione a un quadrilione di volte più caldo del posto più caldo nell’Universo odierno, è probabile che i neutrini si siano comportati esattamente nel modo necessario per salvarlo. Abbiamo dimostrato che probabilmente hanno anche lasciato dietro di sé uno sfondo di increspature gravitazionali rilevabili“, afferma il coautore Graham White, un collega post-dottorato al TRIUMF.

Le stringhe cosmiche erano un tempo popolari come un modo per creare piccole variazioni nelle densità di massa che alla fine sono diventate stelle e galassie, ma sono morte perché i dati recenti hanno escluso questa idea. Ora con il nostro lavoro, l’idea ritorna per un motivo diverso. Questo è eccitante!” dice Takashi Hiramatsu, un borsista post-dottorato presso l’Institute for Cosmic Ray Research, Università di Tokyo, che esegue gli esperimenti del rivelatore di onde gravitazionali giapponesi KAGRA e Hyper-Kamiokande.

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L’onda gravitazionale da stringhe cosmiche ha uno spettro molto diverso dalle fonti astrofisiche come la fusione di buchi neri. È abbastanza plausibile che saremo completamente convinti che la fonte sia effettivamente stringhe cosmiche“, afferma Kazunori Kohri, professore associato presso l’High Energy Accelerator Centro di teoria dell’organizzazione di ricerca in Giappone.

Sarebbe davvero emozionante imparare perché esistiamo“, afferma Murayama. “Questa è l’ultima domanda nella scienza“.

Il paper è stato pubblicato come Editor’s Suggestion in Physical Review Letters online del 28 gennaio 2020.

Fonte: Phys.org