I lettori di Universe Today probabilmente hanno già familiarità con il concetto di fondo cosmico a microonde (CMB). La sua fortuita scoperta da parte di una coppia di radioastronomi dei Bell Labs è oggetto di leggenda astronomica. Negli ultimi decenni ha offerto moltissime informazioni sul Big Bang e sulle origini del nostro universo. Ma c'è un altro segnale di fondo, meno noto, che potrebbe essere altrettanto rivoluzionario, o almeno pensiamo che ci sia.
Lo sfondo cosmico dei neutrini (CvB) è stato ipotizzato per anni ma deve ancora essere scoperto, soprattutto perché i neutrini sono notoriamente difficili da rilevare. Ora, un articolo del professor Douglas Scott dell’Università della British Columbia, sviluppato come parte di una scuola estiva sui neutrini tenuta dalla Scuola Internazionale di Fisica Astroparticellare nella città italiana di Varenna, discute cosa potremmo potenzialmente imparare se riuscissimo a eventualmente rilevare il CvB.
L'articolo è scritto in uno stile stravagante ed è stato pubblicato su arXiv , quindi non è chiaro se sarà formalmente sottoposto a revisione paritaria (o se i revisori rimuoveranno l'immagine dell '"elefante nella stanza"). Tuttavia, sebbene tocchi alcuni aspetti matematici avanzati, si concentra principalmente sulle potenziali cose che possiamo imparare dall'analisi del CvB.
Non sorprende che molti di questi fatti abbiano molto a che fare con i neutrini. Non sappiamo ancora molto di loro, come sottolinea il dottor Scott nella sua introduzione. Perché ci sono tre tipi? Come si confrontano tra loro? E una cosa particolarmente dolorosa per i fisici delle particelle è quale siano esattamente le loro masse.
Il CvB potrebbe fornire informazioni su tutte e tre queste domande e anche di più sulla formazione delle galassie e sullo stesso Big Bang. Innanzitutto, affrontiamo il peso dei neutrini. Una delle maggiori domande riguardanti il peso è se le masse dei tre tipi di neutrini appartengano a una gerarchia "normale" o "invertita". Questi due stati cambiano quale dei tre tipi è il “più piccolo”. Nella gerarchia normale, la massa del terzo tipo di neutrino è molto maggiore della massa degli altri due, che sono quasi uguali. Nella gerarchia invertita, le masse dei primi due tipi sono ancora equivalenti ma molto più massicce di quelle del terzo tipo.
Una volta raccolti i dati sul CvB, gli astronomi possono analizzare la forma prevista delle forme d'onda basandosi sul presupposto di entrambe le gerarchie, ma capire quale si adatta meglio ai dati osservabili. È abbastanza semplice in termini astronomici, ma raccogliere questi dati è ancora la parte difficile. Tuttavia, se riuscissimo a restringere il campo delle masse equivalenti dei neutrini, potremmo potenzialmente calcolare un altro parametro cosmologico fondamentale:la somma di tutte le loro masse.
Anche se questo obiettivo a lungo termine è ancora molto lontano, è possibile rispondere ad alcune domande su larga scala semplicemente comprendendo il CvB in modo più generale. Le misurazioni del CvB possono anche essere complicate da neutrini provenienti da altre sorgenti, come da altre galassie. Se comprendessimo i parametri del CvB stesso, potremmo eliminare quella parte del segnale, permettendoci di analizzare più da vicino i neutrini originariamente emessi da galassie esterne alla nostra. Con questa intuizione, potremmo provare o confutare alcune ipotesi sulle prime fasi della formazione delle galassie, in particolare per quanto riguarda la quantità di energia che emettono.
Dato che i neutrini svolgono un ruolo in tutto, dalla nostra comprensione della materia oscura alle questioni fondamentali sulla fisica delle particelle, è naturale che più di una disciplina stia cercando di determinare questi fattori da sola. Anche i fisici delle particelle, che si affidano alle collisioni ad alta energia negli acceleratori di particelle piuttosto che alle collisioni fortuite dei neutrini creati insieme all’universo, cercano di comprenderne la massa. Il dottor Scott ritiene che una collaborazione tra gli astronomi che cercano di svelare i segreti del CvB e i fisici delle particelle che sperano di costruire da zero un caso sufficiente per le caratteristiche di queste sfuggenti particelle potrebbe essere vantaggiosa. Trascorrere qualche settimana in una villa italiana a discutere le sfumature dei loro campi sembra sicuramente un ottimo modo per dare il via a questa collaborazione.
Ulteriori informazioni: Douglas Scott, Lo sfondo del neutrino cosmico, arXiv (2024). DOI:10.48550/arxiv.2402.16243
Informazioni sul giornale: arXiv
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