Nei primi momenti dopo il Big Bang, l'universo si è espanso molti miliardi di volte più velocemente di oggi. Tale rapida espansione è probabilmente dovuta a un campo di forza primordiale che agisce con una nuova particella, il gonfiaggio. Dalle ultime analisi del decadimento dei mesoni effettuate nell'esperimento LHCb da fisici di Cracovia e Zurigo, sembra, però, che la più probabile leggera inflazione, una particella con le caratteristiche del famoso bosone di Higgs ma meno massiccia, quasi certamente non esiste.

Subito dopo il Big Bang, l'universo probabilmente ha sperimentato un'estrema esplosione di espansione. Se l'inflazione si è verificata, dovrebbe esserci una nuova forza dietro. Si teorizza che i suoi portatori di forza siano inflatoni finora inosservati, che dovrebbe avere molte caratteristiche che ricordano il famoso bosone di Higgs. I fisici dell'Istituto di fisica nucleare dell'Accademia polacca delle scienze (IFJ PAN) di Cracovia e dell'Università di Zurigo (UZH) hanno cercato tracce di inflatoni leggeri nel decadimento dei mesoni B+ registrati dai rivelatori nell'esperimento LHCb al CERN vicino a Ginevra . Analisi dettagliata dei dati, però, mette in dubbio l'esistenza di inflatoni leggeri.

Nonostante i suoi deboli effetti, la gravità influenza l'aspetto dell'universo alle scale più grandi. Come conseguenza, tutti i moderni modelli cosmologici si basano sulla migliore teoria della gravità, La teoria della relatività generale di Albert Einstein. I primi modelli cosmologici costruiti sulla relatività suggeriscono che l'universo fosse una creazione dinamica. Oggi, sappiamo che una volta era estremamente denso e caldo, e 13,8 miliardi di anni fa, iniziò una rapida espansione. La teoria della relatività prevede il corso di questo processo a partire da frazioni di secondo dopo il Big Bang.

"La prova principale di questi eventi è la radiazione di fondo a microonde che si è formata poche centinaia di migliaia di anni dopo il Big Bang. Attualmente corrisponde a una temperatura di circa 2,7 kelvin e riempie uniformemente l'intero universo. È questa omogeneità che si è dimostrata essere un grande enigma, " afferma il dott. Marcin Chrzaszcz (IFJ PAN), e spiega, "Quando guardiamo il cielo, i frammenti di spazio profondo visibili in una direzione possono essere così distanti da quelli visibili in un'altra direzione che la luce non ha ancora avuto il tempo di passare tra di loro. Quindi nulla di ciò che è accaduto in una di queste aree dovrebbe influire sull'altra. Ma ovunque guardiamo, la temperatura di regioni lontane del cosmo è quasi identica. Come ha potuto diventare così uniforme?"

L'uniformità della radiazione di fondo a microonde è spiegata dal meccanismo proposto da Alan Guth nel 1981. Nel suo modello, l'universo inizialmente si espanse lentamente, e tutti i punti osservati oggi hanno avuto il tempo di interagire e livellare la temperatura. Secondo Guth, ad un certo punto, però, ci deve essere stata un'espansione dello spazio-tempo molto breve ma estremamente rapida. La nuova forza responsabile di questa inflazione ha ampliato l'universo a tal punto che oggi, mostra una notevole uniformità (per quanto riguarda la temperatura del fondo cosmologico a microonde).

"Un nuovo campo significa sempre l'esistenza di una particella che è portatrice dell'effetto. La cosmologia è quindi diventata interessante per i fisici che esaminano i fenomeni alla microscala. Per molto tempo, un buon candidato per l'inflazione sembrava essere il famoso bosone di Higgs. Ma nel 2012 l'Higgs è stato finalmente osservato nell'acceleratore europeo LHC, e si è rivelato troppo pesante. Se Higgs, con la sua massa, era responsabile dell'inflazione, la radiazione relitta di oggi sembrerebbe diversa da quella attualmente osservata dal COBE, Satelliti WMAP e Planck, " dice il dottor Chrzaszcz.

I teorici hanno proposto una soluzione a questa situazione sorprendente:l'inflazione potrebbe essere una particella completamente nuova con le proprietà di Higgs, ma con una massa minore. Nella meccanica quantistica, la natura identica delle caratteristiche fa oscillare le particelle:si trasformano ciclicamente l'una nell'altra. Un modello di inflazione costruito in questo modo avrebbe un solo parametro che descrive la frequenza di oscillazione/trasformazione tra l'inflazione e il bosone di Higgs.

"La massa del nuovo inflatone potrebbe essere abbastanza piccola da far apparire la particella nel decadimento di B ⁺ mesoni. E questi mesoni di bellezza sono particelle registrate in gran numero dall'esperimento LHCb al Large Hadron Collider. Quindi abbiamo deciso di cercare il decadimento dei mesoni che avviene attraverso l'interazione con l'inflazione nei dati raccolti nell'LHC dal 2011 al 2012, " afferma il dottorando Andrea Mauri (UZH).

Se esistessero davvero dei leggeri gonfiori, il B ⁺ il mesone a volte decade in un kaon (K ⁺ mesone) e una particella di Higgs, che si convertirebbe in inflazione a causa dell'oscillazione. Dopo aver percorso alcuni metri nel rilevatore, l'inflazione decadrebbe in due particelle elementari:muoni e antimuoni. I rivelatori dell'esperimento LHCb non registrerebbero la presenza né dell'Higgs né dell'inflazione. Ricercatori dell'IFJ PAN, però, ci si aspetta di vedere rispettivamente l'emissione di kaoni e la comparsa di coppie muone-antimuone.

"A seconda del parametro che descrive la frequenza dell'oscillazione inflazione-Higgs, il corso di B ⁺ il decadimento del mesone dovrebbe essere leggermente diverso. Nella nostra analisi, stavamo cercando decadimenti fino al 99 percento dei possibili valori di questo parametro e non abbiamo trovato nulla. Possiamo quindi affermare con grande certezza che la leggera inflazione semplicemente non esiste, " dice il dottor Chrzaszcz.

Teoricamente, gli inflatoni di bassa massa possono ancora essere nascosti nell'1 percento delle variazioni non esaminate nell'oscillazione. Questi casi saranno eventualmente esclusi da analisi future utilizzando dati più recenti che vengono ora raccolti presso l'LHC. Però, i fisici devono conciliare l'idea che se esistono gli inflatoni, sono o più massicci di quanto si credesse in precedenza, oppure si verificano in più di una variazione.