Ipotesi sull’esistenza di un antiuniverso prima del Big Bang

Notoriamente, alcuni fisici nutrono delle perplessità rispetto al modello cosmologico standard che, però, sembra riuscire a risolvere gran parte dei quesiti che l'universo ci pone. La critica principale consiste nel fatto che ipotesi come, ad esempio, quella dell'inflazione, appaiono come un qualcosa messo lì per adattare la teoria alle osservazioni e che gran parte dei parametri previsti nella teoria siano delle vere e proprie forzature. Per questa ragione, un gruppo di fisici canadesi ha elaborato e proposto una suggestiva teoria alternativa.

0
8594

Secondo alcuni fisici canadesi, il nostro universo potrebbe essere l’immagine speculare di un universo costituito da antimateria, che si sarebbe esteso a ritroso, nel tempo, prima del Big Bang.

Questi scienziati hanno ideato un nuovo modello cosmologico ipotizzando l’esistenza di un antiuniverso che, accoppiato con il nostro, preserva una fondamentale regola della fisica, nota come simmetria CPT (la simmetria CPT è la simmetria fondamentale delle leggi fisiche sotto trasformazioni che comportano le inversioni simultanee di carica, parità e tempo). Anche se questa nuova teoria necessita di diversi dettagli, i ricercatori sono convinti che essa possa fornire una valida spiegazione dell’esistenza della materia oscura.

Secondo il modello cosmologico standard, l’universo – ovvero spazio, tempo e massa/energia – ha avuto inizio con un’esplosione circa 14 miliardi di anni fa e, da allora, si è espanso e raffreddato, portando alla formazione progressiva di particelle subatomiche, di atomi, di stelle e di pianeti.

Neil Turok, un ricercatore del Perimeter Institute for Theoretical Physics (Ontario), ritiene che la dipendenza di questi modelli da parametri artefatti conduca ad avvicinare questi modelli a una descrizione del sistema solare tipicamente tolemaica.

Uno di questi parametri è rappresentato dal breve periodo dell’espansione rapida, nota come inflazione, che fornisce una spiegazione plausibile dell’uniformità dell’universo su larga scala. Secondo Turok, lo studio dell’universo viene affrontato in modo fuorviante, perché generalmente si è portati ad inventare una nuova particella o un nuovo campo per dare delle spiegazioni valide a un nuovo fenomeno.

Con il team di ricercatori del Perimeter Institute, Turok ha articolato un modello alternativo  dell’universo che riesce a spiegare tutti i fenomeni osservabili basandosi esclusivamente sulle particelle e sui campi conosciuti. Secondo questo modello, i fisici canadesi hanno assunto che esiste un modo naturale per estendere l’universo oltre il Big Bang – una sorta di singolarità dove la relatività generale diventa inefficace – e quindi dall’altra parte.

Il presupposto iniziale per la costruzione del modello è che l’universo, nel suo insieme, debba soddisfare la regola della simmetria CPT.

Questo principio fondamentale richiede che ogni processo fisico rimanga immutato se si inverte il tempo, se si inverte lo spazio e se le particelle sono sostituite con le relative antiparticelle. Ovviamente Turok è consapevole che questa condizione non è tipica dell’universo come lo conosciamo noi, dove il tempo scorre mentre lo spazio si espande, e dove si registra una quantità di materia superiore alla quantità di antimateria.

L’entità che rispetta la simmetria CPT deve essere una coppia universo-antiuniverso. Questo antiuniverso, a partire dal Big Bang, si allungherebbe indietro nel tempo, diventando sempre più grande, sarebbe dominato dall’antimateria e le sue proprietà spaziali sarebbero invertite rispetto a quelle del nostro universo – una situazione analoga alla creazione delle coppie elettrone-positrone nel vuoto.

Ovviamente Turok e i suoi colleghi che hanno ipotizzato questo modello, sono consapevoli che lo stesso necessita ancora di molti approfondimenti per essere perfezionato e che non mancheranno certamente i detrattori. Effettivamente, lo stesso scienziato afferma che, prima della pubblicazione del lavoro sulla rivista Physical Review Letters, vi sono state lunghe discussioni con i revisori dell’articolo, in merito alle fluttuazioni di temperatura nel fondo cosmico di microonde.

Queste fluttuazioni sono dovute alla natura quantistico-meccanica dello spazio-tempo nei pressi della singolarità del Big Bang. Mentre l’universo nel lontano futuro e l’antiuniverso nel lontano passato possono essere considerati come dei punti fissi (in termini di fisica classica), nella fase intermedia potrebbero esistere tutte le possibili permutazioni di natura quantistica.

Il team di Turok ha quindi iniziato a conteggiare le occorrenze di ogni possibile configurazione della coppia CPT, e successivamente ha individuato quella che aveva più probabilità di verificarsi. I calcoli hanno effettivamente portato alla conclusione che l’universo più probabile è proprio un universo simile al nostro. Secondo Turok, inoltre, l’incertezza quantistica significa che l’universo e l’antiuniverso non sono esattamente uno l’immagine speculare dell’altro.

Il modello proposto dovrebbe fornire, per gli autori del lavoro, gli elementi utili per dare spiegazioni sulla materia oscura. Si tratterebbe di una particella difficile da rilevare, con un’ingente quantità di massa, chiamata neutrino inerte, ipotizzata per spiegare la massa finita (molto piccola) dei più comuni neutrini sinistrorsi.

I neutrini inerti sono, appunto, particelle ipotetiche che non interagiscono tramite alcuna delle interazioni fondamentali del Modello Standard, a eccezione della gravità.

Secondo Turok, si può utilizzare la simmetria CPT per calcolare l’abbondanza di neutrini destrorsi presenti nel nostro universo dai primi principi. Considerando la materia oscura osservata, si dovrebbe ottenere, per il neutrino destrorso, una massa di circa 5×10^8 GeV – quasi 500 milioni di volte la massa del protone.

Questa massa calcolata, sempre secondo Turok, è simile a quella derivata da una coppia di segnali radio anomali registrati dalla Antarctic Impulsive Transient Antenna (ANITA): un esperimento, effettuato su una mongolfiera che vola sopra l’Antartico, dedicato all’osservazione di raggi cosmici che attraversano l’atmosfera. Infatti, in due occasioni l’esperimento ANITA sembra aver rilevato particelle, attraversanti la Terra, con masse comprese tra 2 e 10×10^8 GeV.

Considerato che i neutrini ordinari sarebbero certamente stati coinvolti in interazioni prima di arrivare così lontano, Thomas Weiler, della Vanderbilt University (Nashville, Tennessee), ha ipotizzato che le particelle rilevate fossero proprio neutrini destrorsi.

Turok, infine, sottopone una problematica, ovvero che il modello a simmetria CPT proposto richiede che questi neutrini siano completamente stabili. Per fare in modo che queste particelle decadano oltre l’età dell’universo devono essere ancora migliorati alcuni aspetti del modello. E lo stesso Turok sembra manifestare delle perplessità sui possibili risultati che potranno essere raggiunti.

Fonte: https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.121.251301