Negli ultimi decenni, gli scienziati hanno lottato con un problema che coinvolge la teoria del Big Bang. La teoria del Big Bang suggerisce che dovrebbe esserci una quantità di litio tre volte superiore a quella che possiamo osservare. Perché c'è una tale discrepanza tra previsione e osservazione?

Per entrare in quel problema, facciamo un po' indietro.

La teoria del Big Bang (BBT) è ben supportata da molteplici linee di prove e teorie. È ampiamente accettato come la spiegazione di come è iniziato l'universo. Tre elementi chiave di prove supportano il BBT:

• osservazioni del fondo cosmico a microonde
• la nostra crescente comprensione della struttura su larga scala dell'universo
• approssimativo accordo tra calcoli e osservazioni dell'abbondanza dei nuclei leggeri primordiali (NON tentare di dirlo tre volte in rapida successione!)

Ma la BBT ha ancora alcune domande fastidiose.

Il problema del litio mancante è incentrato sulle prime fasi dell'universo:da circa 10 secondi a 20 minuti dopo il Big Bang. L'universo era molto caldo e si stava espandendo rapidamente. Questo fu l'inizio di quella che viene chiamata l'Epoca dei Fotoni.

A quel tempo, nuclei atomici formati attraverso la nucleosintesi. Ma il calore estremo che dominava l'universo impediva ai nuclei di combinarsi con gli elettroni per formare atomi. L'universo era un plasma di nuclei, elettroni, e fotoni.

Durante questo periodo si formarono solo i nuclei più leggeri, compresa la maggior parte dell'elio nell'universo, e piccole quantità di altri nuclidi leggeri, come il deuterio e il nostro amico litio. Per la maggior parte, gli elementi più pesanti non si sono formati fino a quando non sono apparse le stelle, e ha assunto il ruolo di nucleosintesi.

Il problema è che la nostra comprensione del Big Bang ci dice che dovrebbe esserci una quantità di litio tre volte superiore a quella che c'è. Il BBT ha ragione quando si tratta di altri nuclei primordiali. Le nostre osservazioni sull'elio e il deuterio primordiali corrispondono alle previsioni del BBT. Finora, gli scienziati non sono stati in grado di risolvere questa incoerenza.

Ma un nuovo documento di ricercatori in Cina potrebbe aver risolto il puzzle.

Un presupposto nella nucleosintesi del Big Bang è che tutti i nuclei siano in equilibrio termodinamico, e che le loro velocità sono conformi a quella che viene chiamata la classica distribuzione di Maxwell-Boltzmann. Ma il Maxwell-Boltzmann descrive ciò che accade in quello che viene chiamato un gas ideale. I gas reali possono comportarsi diversamente, e questo è ciò che propongono i ricercatori:che i nuclei nel plasma del primo periodo dei fotoni dell'universo si comportassero in modo leggermente diverso da quanto pensato.

Gli autori hanno applicato le cosiddette statistiche non estese per risolvere il problema. Nel grafico sopra, le linee tratteggiate del modello dell'autore prevedono una minore abbondanza dell'isotopo del berillio. Questa è la chiave, poiché il berillio decade in litio. Anche la chiave è che la quantità risultante di litio, e degli altri nuclei più leggeri, ora tutti sono conformi agli importi previsti dalla distribuzione di Maxwell-Boltzmann. È un momento eureka per gli appassionati di cosmologia.

Ciò significa che gli scienziati possono ora prevedere con precisione l'abbondanza nell'universo primordiale dei tre nuclei primordiali:elio, deuterio, e litio. Senza alcuna discrepanza, e senza alcun litio mancante.

È così che la scienza macina i problemi, e se gli autori dell'articolo hanno ragione, poi convalida ulteriormente la teoria del Big Bang, e ci avvicina di un passo alla comprensione di come si è formato il nostro universo.