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Una particella rimasta per decenni ai margini della fisica potrebbe spiegare perché l’universo esiste. Secondo un nuovo studio, un neutrino pesante disaccoppiato avrebbe avuto un ruolo decisivo nelle prime fasi successive al Big Bang, consentendo alla materia di sopravvivere invece di dissolversi quasi del tutto. La proposta arriva da un gruppo di ricercatori dell’Università di Southampton e dell’Indian Institute of Technology Kanpur, e il lavoro è stato pubblicato su Physical Review Letters, la rivista scientifica dell’American Physical Society.
Il punto di partenza è una delle domande più profonde della fisica, cioè perché nel cosmo ci sia qualcosa anziché il nulla. Gli scienziati ritengono che materia e antimateria siano state prodotte in quantità quasi identiche nell’universo primordiale. Quando questi due opposti si incontrano si annichilano e rilasciano energia. Se fossero esistiti in proporzioni perfettamente uguali, praticamente tutta la materia sarebbe scomparsa e non sarebbe rimasto nulla con cui formare stelle, pianeti o forme di vita.
Una particella liquidata come un dettaglio di sfondo
Al centro della teoria c’è un parente poco conosciuto del neutrino, una particella leggerissima che interagisce molto di rado con la materia ordinaria. La versione più pesante studiata dal team è ipotetica e finora era stata considerata troppo debolmente collegata alle altre particelle per incidere davvero sull’evoluzione del cosmo. I calcoli dei ricercatori raccontano però un’altra storia. Proprio la sua vita insolitamente lunga potrebbe averla resa molto più importante di quanto si pensasse.
Mentre l’universo si raffreddava, questo neutrino pesante sarebbe sopravvissuto abbastanza a lungo da dominare temporaneamente la densità di energia del cosmo. Una fase breve, ma sufficiente a modificare l’evoluzione dell’universo giovane e le condizioni che alla fine hanno permesso alla materia di superare l’antimateria. Rishav Roshan, dell’Università di Southampton e autore dello studio, spiega che questa particella è stata a lungo scartata come un dettaglio irrilevante della fisica delle particelle. «Tuttavia decade in modo incredibilmente lento» ha aggiunto. «Man mano che il cosmo si raffreddava dopo il Big Bang, la particella è vissuta abbastanza a lungo da prendere temporaneamente il controllo della densità di energia dell’universo e innescare un periodo dominato dalla materia».
Il ruolo del bosone di Higgs nel vantaggio della materia
La ricerca mette in discussione l’idea che una particella con interazioni così deboli non possa avere effetti rilevanti. Secondo il gruppo, anche un oggetto tanto sfuggente avrebbe potuto influenzare in modo indiretto le condizioni in cui la materia ha conquistato il suo vantaggio. Questo squilibrio, noto come asimmetria tra materia e antimateria, è essenziale per capire la nostra stessa esistenza. Per ragioni che i fisici cercano ancora di chiarire, l’universo primordiale si è ritrovato con un po’ più di materia che antimateria, e quella piccola differenza ha permesso a una parte della materia di sopravvivere dopo che la maggior parte delle particelle e delle rispettive antiparticelle si era annichilita.
«Il fatto stesso che siamo qui dimostra che un’asimmetria tra materia e antimateria si è verificata» ha osservato Roshan. Il neutrino disaccoppiato avrebbe spostato la temperatura alla quale particelle fondamentali come gli elettroni e gli altri leptoni interagivano con le loro antiparticelle grazie al bosone di Higgs del Modello Standard. «Questa temperatura funziona come un interruttore che determina il modo in cui si è formato lo squilibrio tra materia e antimateria». Il bosone di Higgs è legato al meccanismo che conferisce massa a molte particelle elementari. Cambiando il momento in cui queste interazioni avvenivano, la particella dimenticata potrebbe aver contribuito a stabilire perché l’universo contiene materia.
Le tracce nascoste nelle onde gravitazionali primordiali
La teoria tocca anche il modo in cui il cosmo si è espanso nelle sue primissime fasi. Sudipta Show, coautore dello studio e ricercatore dell’Indian Institute of Technology Kanpur, sostiene che la particella potrebbe aver modificato in maniera drastica la storia dell’espansione dell’universo giovane. «Ci offre una nuova spiegazione di come abbia vinto la materia» ha detto. «Il cambiamento radicale nella prima espansione del cosmo lascia impronte distinte ma rilevabili, per esempio sulle onde gravitazionali primordiali. Queste firme aprono nuove strade per svelare l’evoluzione dell’universo dopo il Big Bang».
Le onde gravitazionali sono increspature nel tessuto dello spaziotempo, e gli scienziati ritengono che i processi avvenuti nell’universo primordiale possano averne generate alcune capaci di trasportare informazioni su quell’epoca lontana. Secondo il nuovo modello, il dominio temporaneo del neutrino pesante disaccoppiato avrebbe lasciato segni riconoscibili proprio in quei segnali antichissimi. Per ora la spiegazione resta sul piano teorico, ma individuare questi schemi potrebbe un giorno permettere di verificare se la particella abbia davvero influenzato le prime fasi dell’universo.
Fonte: TecnoAndroid