Una nuova fisica nelle radiazioni di fondo dell’universo?

Una nuova tecnica di misurazione ha rivelato indizi sulla luce, qualcosa che potrebbe essere un segno della violazione della simmetria di parità, suggerendo una fisica oltre il Modello Standard

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Lo spaziotempo è pervaso da un bagliore estremamente debole, una reliquia che risale all’alba dell’universo. Questa reliquia è il fondo cosmico a microonde (CMB), la prima luce che ha iniziato il suo viaggio quando 380 mila anni dopo il Big Bang l’universo si è espanso e raffreddato a sufficienza da consentire a ioni ed elettroni di combinarsi in atomi neutri.
Ma ora gli scienziati hanno scoperto qualcosa di peculiari nella radiazione cosmica di fondo. Una nuova tecnica di misurazione ha rivelato indizi sulla luce, qualcosa che potrebbe essere un segno della violazione della simmetria di parità, suggerendo una fisica oltre il Modello Standard.
Secondo il modello standard della fisica, se dovessimo osservare l’universo come se fosse un riflesso speculare di se stesso, le leggi della fisica non dovrebbero cambiare. Le interazioni subatomiche dovrebbero avvenire nell’universo speculare esattamente come avvengono nell’universo reale. Questa è chiamata “simmetria di parità”.
Per quanto osservato finora, c’è solo un’interazione fondamentale che rompe la simmetria di parità; l’interazione debole tra le particelle subatomiche responsabile del decadimento radioattivo. Trovare un altro punto in cui la simmetria di parità si rompe potrebbe portarci verso una nuova fisica, oltre il modello standard.
Due fisici, Yuto Minami del High Energy Accelerator Research Organisation in Giappone e Eiichiro Komatsu del Max Planck Institute for Astrophysics in Germania e Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe in Giappone, credono di aver trovato indizi nell’angolo di polarizzazione della radiazione cosmica di fondo (CBM).
La polarizzazione si verifica quando la luce viene diffusa, provocando la propagazione delle sue onde con un certo orientamento. Superfici riflettenti come il vetro e l’acqua polarizzano la luce. Anche gli occhiali da sole polarizzati, progettati per bloccare determinati orientamenti attenuano la quantità di luce che raggiunge i nostri occhi.
Anche l’acqua e le particelle nell’atmosfera possono diffondere e polarizzare la luce; un arcobaleno ne è un esempio eccellente. L’Universo primordiale, per circa 380.000 anni, era così caldo e denso che gli atomi non potevano esistere. Protoni ed elettroni esistevano sotto forma di plasma ionizzato e l’universo era opaco, come una densa nebbia.
Appena l’universo si è raffreddato abbastanza da consentire a protoni ed elettroni di combinarsi in un gas neutro, i fotoni hanno iniziato a viaggiare liberamente. Quando il plasma ionizzato è passato allo stato di gas neutro, i fotoni hanno disperso gli elettroni, causando la polarizzazione del CMB. La polarizzazione del CMB può dirci molto sull’Universo. Soprattutto se è ruotato di un angolo.
Questo angolo, descritto come β, potrebbe indicare un’interazione CMB con la materia oscura o l’energia oscura, le misteriose forze che sembrano dominare l’universo, ma che non siamo in grado di rilevare direttamente.
“Se la materia oscura o l’energia oscura interagiscono con la luce del fondo cosmico a microonde in un modo che viola la simmetria di parità, possiamo trovare la sua firma nei dati di polarizzazione”, ha spiegato Minami.
Il problema con l’identificazione di β con una certa precisione è nella tecnologia che utilizziamo per rilevare la polarizzazione del CMB. Il satellite Planck dell’Agenzia spaziale europea, che ha rilasciato le sue osservazioni più aggiornate della CMB nel 2018, è dotato di rilevatori sensibili alla polarizzazione.

Ma a meno di conoscere esattamente come questi rilevatori sono orientati rispetto al cielo, è impossibile dire se ciò che si osserva è effettivamente β, o una rotazione nel rivelatore che assomiglia a β. La tecnica sviluppata dl team si basa sullo studio di una diversa fonte di luce polarizzata e sul confronto tra le due fonti per estrarre il falso segnale.

 
“Abbiamo sviluppato un nuovo metodo per determinare la rotazione artificiale utilizzando la luce polarizzata emessa dalla polvere nella nostra Via Lattea”, ha spiegato Minami“Con questo metodo, abbiamo ottenuto una precisione doppia rispetto a quella del lavoro precedente e siamo finalmente in grado di misurare β”.
Le sorgenti di radiazioni della Via Lattea provengono da molto più vicina della radiazione cosmica di fondo, quindi non sono influenzate dalla materia oscura o dall’energia oscura. Qualsiasi rotazione nella polarizzazione dovrebbe, quindi, essere solo il risultato di una rotazione nel rivelatore.
Il CMB è influenzato sia da β che dalla rotazione del rivelatore, quindi se si sottrae la rotazione artificiale osservata nelle sorgenti della Via Lattea dalle osservazioni CMB, dovrebbe rimanere solo con il segnale β.
Usando questa tecnica, il team ha determinato che β è diverso da zero, con una certezza del 99,2%. Sembra un valore piuttosto alto, ma non è ancora abbastanza per rivendicare una scoperta di una nuova fisica. Per questo, è richiesto un livello di confidenza del 99,99995%.
Ma la scoperta dimostra certamente che vale la pena studiare più da vicino il CMB.
“È chiaro che non abbiamo ancora trovato prove definitive di una nuova fisica; è necessaria una maggiore significatività statistica per confermare questo segnale”, ha spiegato l’astrofisico Eiichiro Komatsu del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe.
Gli scienziati si dicono entusiasti del nuovo metodo che ha consentito di effettuare la misurazione definita “impossibile” che potrebbe portare verso una nuova fisica oltre il Modello Standard.
Fonte: https://www.sciencealert.com/a-twist-in-the-background-radiation-of-the-universe-hints-at-new-physics?