Prepariamoci a cinquant’anni di studi e scoperte che rivoluzioneranno la nostra idea di universo e il nostro ruolo al suo interno

Nel 1900, dice la storia, il noto fisico Lord Kelvin si rivolse alla British Association for the Advancement of Science con queste parole: "Ormai non c'è più nulla di nuovo da scoprire in fisica". Quanto si sbagliava! Il XX secolo ha cambiato completamente la fisica. Un numero enorme di scoperte teoriche e sperimentali hanno trasformato la nostra comprensione dell'universo e il nostro posto al suo interno.

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grande nube di Magellano

Non aspettiamoci cose diverse per questo secolo. L’universo ha molti misteri che rimangono ancora da scoprire – e le nuove tecnologie ci aiuteranno a risolverli nei prossimi 50 anni.

Il primo riguarda i fondamenti della nostra esistenza. La fisica dice che il Big Bang deve aver prodotto uguali quantità della materia di cui siamo fatte e di qualcosa chiamato antimateria. La maggior parte delle particelle di materia ha un gemello di antimateria, identico ma con carica elettrica opposta. Quando i due si incontrano, si annichilano a vicenda, con tutta la loro energia convertita in luce.

Ma l’universo oggi è fatto quasi interamente dalla materia. Allora, dove è finita tutta l’antimateria?

Il Large Hadron Collider (LHC) ha offerto alcuni spunti su questa domanda. Collide i protoni a velocità inimmaginabili, creando particelle pesanti di materia e antimateria che si decompongono in particelle più leggere, molte delle quali non erano mai state viste prima.

L’LHC ha dimostrato che la materia e l’antimateria decadono a velocità leggermente diverse. Questo è parte della spiegazione del perché vediamo un’asimmetria in natura.

Poiché i protoni sono costituiti da particelle più piccole, ogni volta che avviene una collisione le particelle che li costituiscono schizzano da tutte le parti, rendendo molto più difficile individuare nuove particelle tra i detriti. Ciò rende difficile anche misurare con precisione le loro proprietà per ulteriori indizi sul perché è scomparsa così tanta antimateria.

nei prossimi decenni entreranno in servizio tre nuovi acceleratori di particelle. Il principale tra questi è il Future Circular Collider (FCC) – un tunnel di 100 km che circonda Ginevra, che utilizzerà l’LHC di 27 km come scalo di alaggio. Invece dei protoni, i collettori distruggeranno gli elettroni e le loro antiparticelle, i positroni, a velocità molto più elevate di quelle che l’LHC potrebbe raggiungere.

A differenza dei protoni, elettroni e positroni sono indivisibili, quindi sapremo esattamente cosa stiamo facendo scontrare. Saremo anche in grado di variare l’energia con cui si scontrano, per produrre particelle di antimateria specifiche e misurare le loro proprietà – in particolare il modo in cui decadono – molto più accuratamente.

Queste indagini potrebbero rivelare una fisica completamente nuova.

Una possibilità è che la scomparsa dell’antimateria possa essere correlata all’esistenza della materia oscura – le particelle finora non rilevabili che costituiscono un enorme 85% di massa nell’universo. L’assenza di antimateria e la prevalenza della materia oscura si devono probabilmente alle condizioni presenti durante il Big Bang, quindi questi esperimenti sonderanno direttamente le origini della nostra esistenza.

È impossibile prevedere come scoperte ancora indefinite cambieranno la nostra vita. Ma l’ultima volta che abbiamo guardato il mondo attraverso una lente d’ingrandimento più potente, abbiamo scoperto lr particelle subatomiche e il mondo della meccanica quantistica, che attualmente stiamo sfruttando per rivoluzionare il calcolo, la medicina e la produzione di energia.

E poi?

Altrettanto resta da scoprire su scala cosmica, non ultima l’annosa questione se siamo soli nell’universo. Nonostante la recente scoperta della presenza di acqua liquida su Marte  non ci sono ancora prove di vita microbica. Anche se la trovassimo, sappiamo che a causa del duro ambiente del pianeta, sarebbe una forma di vita incredibilmente primitiva.

La ricerca della vita sui pianeti in altri sistemi stellari non ha finora dato frutti. Ma l’imminente entrata in servizio del James Webb Space Telescope, che sarà lanciato nel 2021, rivoluzionerà il modo in cui rileviamo gli esopianeti abitabili.

A differenza dei precedenti telescopi, che misurano il calo di luminosità di una stella mentre un pianeta in orbita gli passa davanti, il James Webb utilizzerà uno strumento chiamato coronagraph per bloccare la luce da una stella che entra nel telescopio. Funziona più o meno allo stesso modo dell’uso della mano per impedire alla luce solare di entrare nei tuoi occhi. La tecnica consentirà al telescopio di osservare direttamente piccoli pianeti che sarebbero normalmente nascosti dal bagliore luminoso della stella intorno cui orbitano.

Un modello in scala reale illuminato del James Webb Telescope. Bobby Bradley / Shutterstock

Il telescopio James Webb non solo sarà in grado di rilevare nuovi pianeti, ma sarà anche in grado di determinare se sono in grado di sostenere la vita. Quando la luce di una stella raggiunge l’atmosfera di un pianeta, alcune lunghezze d’onda vengono assorbite, lasciando vuoti nello spettro riflesso. Proprio come un codice a barre, queste lacune forniscono laa firma degli atomi e le molecole di cui è fatta l’atmosfera del pianeta.

Il telescopio sarà in grado di leggere questi “codici a barre” per rilevare se l’atmosfera di un pianeta ha le condizioni necessarie per la vita. Tra 50 anni, potremmo avere obiettivi per future missioni spaziali interstellari per determinare cosa, o chi, potrebbe vivere lì.

Più vicino a casa, la luna di Giove, Europa, potrebbe essere uno dei corpi del nostro sistema solare in grado di ospitare la vita. Nonostante la sua temperatura fredda (-220 ° C), le forze gravitazionali di Giove possono far scorrere l’acqua sotto la superficie in modo sufficiente per impedirne il congelamento, rendendola una possibile dimora per la vita microbica o persino acquatica.

Una nuova missione chiamata Europa Clipper, prevista per il lancio nel 2023, cercherà la conferma che su Europa esiste l’esistenza di un oceano sottomarino e identificherà un sito di sbarco adatto per una missione successiva. Osserverà anche i getti d’acqua liquida lanciati dalla superficie ghiacciata del pianeta per vedere se vi sono presenti molecole organiche.

Che si tratti dei più piccoli elementi costitutivi della nostra esistenza o della vastità dello spazio, l’universo conserva ancora una serie di misteri sui suoi meccanismi e sul nostro ruolo al suo interno.

Non rinuncerà facilmente ai suoi segreti, ma è probabile che l’universo sembrerà fondamentalmente diverso tra 50 anni.