Crepe nello spazio-tempo: Le stringhe cosmiche

Le crepe, sempre che siano reali, dovrebbero essere ciò che resta di un tempo di poco successivo al Big Bang, quando l'universo passò attraverso una transizione di fase da uno stato molto caldo ad uno stato più freddo

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a caccia di stringhe cosmiche

Potrebbero esserci delle crepe nello spazio-tempo, ma i nostri telescopi non possono rilevarle.

Le crepe, sempre che siano reali, dovrebbero essere ciò che resta di un tempo di poco successivo al Big Bang, quando l’universo passò attraverso una transizione di fase da uno stato molto caldo ad uno stato più freddo e simile a ciò che osserviamo oggi.

La transizione di fase secondo gli scienziati è iniziata in alcuni luoghi dell’universo prima che in altri. Bolle di universo si sarebbero formate e diffuse fino a incontrarsi e permeare tutto il cosmo.

Durante questa fase, lo stato ad alte energia avrebbe potuto sopravvivere ai confini tra le bolle, andando a formare delle crepe dove le regioni in rapido raffreddamento non si sarebbero perfettamente fuse.

Alcuni ricercatori ritengono che potremmo osservare traccia di quelle crepe o “stringhe cosmiche” nello sfondo cosmico a microonde sotto forma di calore residuo lasciato dall’universo nascente.

Un nuovo articolo, però, spiega che l’evidenza di quelle crepe potrebbe essere troppo debole per essere rilevata da un telescopio.

Oscar Hernández, fisico della McGill University di Montreal e coautore del documento intervistato da “Live science” ha dichiarato che le stringhe cosmiche sono oggetti difficili da immaginare ma fa un’analogia con il nostro mondo: “Hai camminato su un lago ghiacciato? Hai notato crepe che si intersecano attraverso il ghiaccio sulla superficie del lago? È ancora abbastanza solido. Non c’è nulla di cui aver paura, ma ci sono crepe“.

Le crepe nei ghiacciai si formano attraverso un processo di transizione di fase simile a quello delle stringhe cosmiche.

Il ghiaccio è acqua che ha attraversato una transizione di fase“, ha aggiunto “le molecole d’acqua sono libere di muoversi come un fluido, e poi all’improvviso, da qualche parte, iniziano a formarsi in un cristallo. L’acqua inizia a tessere sé stessa in piastrelle, che sono [spesso] esagoni. Ora, immagina di avere piastrelle che sono esagoni perfetti e piastrellano [il lago]. Se qualcuno dall’altra parte del lago comincia a tessere a sua volta, non c’è praticamente nessuna possibilità che le tue tessere si allineino con le sue”.

I punti di incontro imperfetti sulla superficie di un lago ghiacciato formano lunghe crepe. Nel tessuto in cui spazio e tempo si intersecano, formano stringhe cosmiche – se la fisica sottostante è corretta”.

Nello spazio, secondo i ricercatori, esistono dei campi che determinano il comportamento di forze e particelle fondamentali. Le prime transizioni di fase dell’universo hanno portato alla nascita di questi campi.

Potrebbe esserci un campo relativo a qualche particella che deve, in un certo senso, scegliere una direzione per congelare e raffreddare. E poiché l’universo è davvero grande, potrebbe scegliere direzioni diverse in diverse parti dell’universo“.

Ora, se questo campo obbedisce a determinate condizioni… Allora, quando l’universo si sarà raffreddato ci saranno linee di discontinuità, ci saranno linee di energia che non possono raffreddarsi“. ha concluso Hernández.

Oggi quei punti di incontro apparirebbero come linee di energia infinitamente sottili che attraversano lo spazio.

Tuttavia, bisogna aggiungere che se davvero trovassimo stringhe cosmiche, ci troveremmo di fronte a un grosso problema perché sarebbero un’altra prova che la fisica è più grande e più complicata di quanto permetta l’attuale modello, ha detto Hernández.

In questo momento, la teoria più avanzata della fisica delle particelle che i ricercatori ritengono sia stata definitivamente dimostrata è conosciuta come il Modello standard. Include particelle fondamentali come i quark e gli elettroni che compongono gli atomi, nonché particelle più esotiche come il bosone di Higgs e i neutrini.

La maggior parte dei fisici, però, ritiene che il Modello standard sia incompleto. Sono state avanzate numerose ipotesi su come espanderlo, dalle particelle supersimmetriche (cioè, “stau slepton“) alla teoria delle superstringhe, l’idea che tutte le particelle e le forze possano essere spiegate come vibrazioni di piccole “stringhe” multidimensionali (La teoria delle stringhe è un’altra cosa rispetto alle stringhe cosmiche).

Molte estensioni del Modello Standard che piacciono molto alla gente – come molte teorie sulle superstringhe e altre – portano naturalmente a stringhe cosmiche dopo che l’inflazione [post-Big Bang] ha avuto luogo“, ha spiegato Hernández. “Quindi quello che abbiamo è un oggetto previsto da moltissimi modelli, quindi se esse non dovessero esistere, allora tutti questi modelli dovranno essere esclusi“.

Dal 2017, come hanno scritto Hernández e il suo co-autore nel loro articolo, sono aumentati i tentativi di individuare stringhe nel CMB. L’articolo è stato pubblicato il 18 novembre nel database arXiv e non ancora sottoposto a revisione paritaria.

Hernández, insieme a Razvan Ciuca del Marianopolis College di Westmount, nel Quebec, in passato avevano sostenuto che una rete neurale convoluzionale – un potente tipo di software per la ricerca di schemi – sarebbe lo strumento migliore per individuare le prove dell’esistenza delle stringhe nel CMB.

Supponendo una mappa perfetta e senza il rumore della CMB, hanno scritto in un documento risalente al 2017, un computer che gestisce quel tipo di rete neurale dovrebbe essere in grado di trovare stringhe cosmiche anche se i loro livelli di energia (o “tensione”) sono notevolmente bassi.

Ma rivisitando l’argomento nel nuovo documento del 2019, hanno dimostrato che in realtà è quasi certamente impossibile fornire dati CMB abbastanza puliti affinché la rete neurale POSSA rilevare queste potenziali stringhe.

Altre fonti di microonde più luminose oscurano il CMB e sono difficili da filtrare  completamente. Anche i migliori strumenti a microonde sono imperfetti, con una risoluzione limitata e fluttuazioni casuali nella loro precisione di registrazione da un pixel all’altro.

I due ricercatori hanno cosi scoperto che tutti questi fattori si sommano a un livello di perdita di informazioni che nessun metodo attuale o pianificato di registrazione e analisi della CMB sarà mai in grado di superare. Questo metodo di caccia alle stringhe cosmiche è, secondo loro, un vicolo cieco, ma come hanno aggiunto, non tutto è perduto.

Un nuovo metodo per la caccia alle stringhe cosmiche si basa sulle misurazioni dell’espansione dell’universo in tutte le direzioni partendo dalle parti antiche dell’universo.

Questo metodo – chiamato mappatura dell’intensità di 21 centimetri – non si basa sullo studio dei movimenti delle singole galassie o su immagini precise della CMB, spiega Hernández, bensì, si fonda su misurazioni della velocità con cui gli atomi di idrogeno si stanno allontanando dalla Terra, in media, in tutte le zone dello spazio profondo.

I migliori osservatori per la mappatura di 21 cm (così chiamato perché l’idrogeno emette energia elettromagnetica con una lunghezza d’onda caratteristica di 21 cm) non sono ancora online. Ma quando saranno operativi, scrivono gli autori, c’è la speranza di avere prove più chiare dell’esistenza delle stringhe cosmiche.

Fonte: Live Science