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Forse possiamo finalmente capire cosa è accaduto prima del Big Bang

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C’è un buco nella storia di come è nato il nostro universo. non sappiamo cos’è accaduto prima del Big Bang: Però, sappiamo che, inizialmente, l’universo si è gonfiato rapidamente, come un pallone. Quindi, ha cominciato ad espandersi.

Ma come siano collegati questi due momenti ha finora eluso le ricerche dei fisici. Ora, un nuovo studio suggerisce un modo per collegare le due epoche.

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Nel primo periodo, l’universo è cresciuto, da un punto quasi infinitamente piccolo, fino ad una dimensione più grande di quasi un ottilione (ovvero 1 seguito da 27 zeri) in meno di un trilionesimo di secondo.

Questo periodo di inflazione è stato seguito da un periodo di espansione più graduale, ma violento, che conosciamo come il Big Bang.

Durante il Big Bang, una palla di fuoco incredibilmente calda di particelle fondamentali – come protoni, neutroni ed elettroni – si è espansa e raffreddata fino a poter formare gli atomi, le stelle e le galassie che vediamo oggi

Big Bang ed inflazione cosmica

La teoria del Big Bang, che descrive l’inflazione cosmica, rimane la spiegazione più ampiamente supportata di come è iniziato il nostro universo, eppure gli scienziati sono ancora perplessi su come si è passati da un periodo di espansione ad un altro, completamente diverso.

Per risolvere questo enigma cosmico, un team di ricercatori del Kenyon College, del Massachusetts Institute of Technology (MIT) e della Leiden University olandese hanno simulato la transizione critica tra l’inflazione cosmica e il Big Bang, un periodo che chiamano “riscaldamento”.

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Il periodo di post-riscaldamento post-inflazione stabilisce le condizioni per il Big Bang e, in un certo senso, mette il ‘botto’ nel Big Bang“, ha dichiarato David Kaiser, professore di fisica presso il MIT, in una nota.

È in questo periodo ponte che si scatena l’inferno e la materia si comporta in modo tutt’altro che semplice“.

Quando l’universo si espanse in una frazione di secondo durante l’inflazione cosmica, tutta la materia esistente si diffuse, rendendo l’universo un luogo freddo e vuoto, privo della minestra calda di particelle necessaria per accendere il Big Bang.

“Durante il periodo di riscaldamento, si ritiene che l’inflazione a propulsione energetica si sia decomposta in particelle”, ha affermato Rachel Nguyen, dottoranda in fisica all’Università dell’Illinois e autrice principale dello studio.

Una volta prodotte, quelle particelle particelle hanno iniziato a rimbalzare e scontrarsi, trasferendo slancio ed energia“, ha spiegato Nguyen a Live Science. “E questo è ciò che ha riscaldato l’universo, stabilendo le condizioni necessarie ad avviare il Big Bang.”
Nel loro modello, Nguyen e i suoi colleghi hanno simulato il comportamento di forme esotiche di materia chiamate inflatoni.
Gli scienziati pensano che queste ipotetiche particelle, simili in natura al bosone di Higgs, abbiano creato il campo energetico che ha guidato l’inflazione cosmica.
Il loro modello ha mostrato che, nelle giuste condizioni, l’energia degli inflatoni poteva essere ridistribuita in modo efficiente per creare la diversità delle particelle necessarie per riscaldare l’universo. I risultati dello studio sono stati pubblicati sulla rivista Physical Review Letters.
Quando studiamo l’universo primordiale, quello che facciamo realmente è un esperimento con particelle a temperature molto, molto elevate“, ha dichiarato Tom Giblin, professore associato di fisica al Kenyon College in Ohio e coautore dello studio.
La transizione dal periodo inflazionistico freddo al periodo caldo è quella che dovrebbe contenere alcune prove chiave su quali particelle esistano realmente a queste energie estremamente elevate.”
Una domanda fondamentale che affligge i fisici è relativa a come la gravità si comporta alle energie estreme presenti durante l’inflazione.
Nella teoria della relatività generale di Albert Einstein, si ritiene che tutta la materia sia influenzata dalla gravità allo stesso modo, con la forza di gravità costante, indipendentemente dall’energia di una particella.
Tuttavia, a causa dello strano mondo della meccanica quantistica, gli scienziati pensano che, a energie molto elevate, la materia reagisca alla gravità in modo diverso.
Il team ha incorporato questo assunto nel loro modello, modificando la forza con cui le particelle interagivano con la gravità.
Il risultato è stato che più aumentavano la forza di gravità, più efficientemente gli inflatoni trasferivano energia per produrre lo zoo di particelle di materia calda emerse durante il Big Bang.
Ora, però, è necessario trovare, da qualche parte dell’universo, prove che sostengano il modello.
L’universo ha ancora molti segreti codificati in modi molto complicati“, ha detto Giblin.
Il nostro compito è conoscere la natura della realtà inventando un dispositivo di decodifica – un modo per estrarre informazioni dall’universo. Usiamo simulazioni per fare previsioni su come dovrebbe essere l’universo in modo da poter iniziare effettivamente a decodificarlo”.
“Questo periodo di riscaldamento dovrebbe avere lasciato un’impronta da qualche parte nell’universo. Dobbiamo solo trovarla“.
Trovare quell’impronta, però, potrebbe essere complicato. La cosa più antica che abbiamo osservato finora è una tenue radiazione rimasta da alcune centinaia di migliaia di anni dopo il Big Bang, chiamata sfondo cosmico a microonde (CMB).
Ma il CMB suggerisce solo lo stato dell’universo durante quei primi secondi critici della sua nascita. Fisici come Giblin sperano che le future osservazioni ricavate dalle onde gravitazionali forniranno ulteriori prove.

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