L'inflazione ha allungato l'universo microscopico iniziale a una dimensione macroscopica e ha trasformato l'energia cosmica in materia. Però, probabilmente ha creato una quantità uguale di materia e antimateria che prevedeva il completo annientamento del nostro universo. Gli autori discutono la possibilità che una transizione di fase dopo l'inflazione abbia portato a un piccolo squilibrio tra la quantità di materia e antimateria, in modo che qualche materia potesse sopravvivere a un annientamento quasi completo. È probabile che una tale transizione di fase porti a una rete di oggetti simili a "elastici" chiamati stringhe cosmiche, che produrrebbe increspature dello spazio-tempo note come onde gravitazionali. Queste onde che si propagano possono attraversare l'Universo caldo e denso e raggiungerci oggi, 13,8 miliardi di anni dopo la transizione di fase. Tali onde gravitazionali possono essere scoperte molto probabilmente da esperimenti attuali e futuri. (Credito originale:R. Hurt/Caltech-JPL, NASA, e dell'ESA. Credito:Kavli IPMU - Kavli IPMU ha modificato questa cifra in base all'immagine accreditata da R.Hurt/Caltech-JPL, NASA, e ESA)
Le increspature dello spaziotempo scoperte di recente chiamate onde gravitazionali potrebbero contenere prove per dimostrare la teoria secondo cui la vita è sopravvissuta al Big Bang a causa di una transizione di fase che ha permesso alle particelle di neutrino di rimescolarne la materia e l'antimateria, spiega un nuovo studio di un team internazionale di ricercatori.
Come siamo stati salvati da un completo annientamento non è una questione di fantascienza o di un film di Hollywood. Secondo la teoria del Big Bang della moderna cosmologia, la materia è stata creata con una quantità uguale di antimateria. Se fosse rimasto così, materia e antimateria avrebbero dovuto eventualmente incontrarsi e annichilirsi uno a uno, portando ad un completo annientamento.
Ma la nostra esistenza contraddice questa teoria. Per superare un completo annientamento, l'Universo deve aver trasformato una piccola quantità di antimateria in materia creando uno squilibrio tra loro. Lo squilibrio necessario è solo una parte su un miliardo. Ma è rimasto un completo mistero quando e come si è creato lo squilibrio.
"L'Universo diventa opaco alla luce una volta che guardiamo indietro a circa un milione di anni dopo la sua nascita. Questo fa sorgere la domanda fondamentale del 'perché siamo qui?' difficile rispondere, ", afferma il coautore dell'articolo Jeff Dror, borsista post-dottorato presso l'Università della California, Berkeley, e ricercatore di fisica presso il Lawrence Berkeley National Laboratory.
Poiché materia e antimateria hanno cariche elettriche opposte, non possono trasformarsi l'uno nell'altro, a meno che non siano elettricamente neutri. I neutrini sono le uniche particelle di materia elettrica neutra che conosciamo, e sono i contendenti più forti per fare questo lavoro. Una teoria che molti ricercatori sostengono è che l'Universo abbia attraversato una transizione di fase in modo che i neutrini possano rimescolarne la materia e l'antimateria.
"Una transizione di fase è come bollire l'acqua in vapore, o acqua di raffreddamento in ghiaccio. Il comportamento della materia cambia a temperature specifiche chiamate temperatura critica. Quando un certo metallo viene raffreddato a bassa temperatura, perde completamente la resistenza elettrica per una transizione di fase, diventando un superconduttore. È la base della risonanza magnetica (MRI) per la diagnosi del cancro o della tecnologia maglev che fa galleggiare un treno in modo che possa funzionare a 300 miglia all'ora senza causare vertigini. Proprio come un superconduttore, la transizione di fase nell'Universo primordiale potrebbe aver creato un tubo molto sottile di campi magnetici chiamato stringhe cosmiche, " spiega il co-autore dell'articolo Hitoshi Murayama, MacAdams Professore di Fisica presso l'Università della California, Berkeley, Principal Investigator presso il Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, Università di Tokyo, e scienziato senior della facoltà al Lawrence Berkeley National Laboratory.
Dror e Murayama fanno parte di un team di ricercatori giapponesi, Stati Uniti e Canada che credono alle stringhe cosmiche poi cercano di semplificarsi, portando a minuscole oscillazioni dello spaziotempo chiamate onde gravitazionali. Questi potrebbero essere rilevati da futuri osservatori spaziali come LISA, BBO (Agenzia spaziale europea) o DECIGO (Agenzia di esplorazione astronautica giapponese) per quasi tutte le possibili temperature critiche.
"La recente scoperta delle onde gravitazionali apre una nuova opportunità per guardare indietro a un tempo, poiché l'Universo è trasparente alla gravità fino all'inizio. Quando l'Universo avrebbe potuto essere da un trilione a un quadrilione di volte più caldo del luogo più caldo dell'Universo oggi, è probabile che i neutrini si siano comportati proprio nel modo in cui abbiamo bisogno per garantire la nostra sopravvivenza. Abbiamo dimostrato che probabilmente hanno anche lasciato uno sfondo di increspature gravitazionali rilevabili per farci sapere, ", afferma il coautore dell'articolo Graham White, un borsista post-dottorato presso TRIUMF.
"Le stringhe cosmiche erano popolari come un modo per creare piccole variazioni nelle densità di massa che alla fine divennero stelle e galassie, ma è morto perché i dati recenti hanno escluso questa idea. Ora con il nostro lavoro, l'idea ritorna per un motivo diverso. È emozionante!" dice Takashi Hiramatsu, un borsista post-dottorato presso l'Institute for Cosmic Ray Research, Università di Tokyo, che esegue il rilevatore di onde gravitazionali giapponesi KAGRA e gli esperimenti Hyper-Kamiokande.
"L'onda gravitazionale delle stringhe cosmiche ha uno spettro molto diverso dalle sorgenti astrofisiche come la fusione dei buchi neri. È abbastanza plausibile che saremo completamente convinti che la sorgente siano effettivamente le stringhe cosmiche, "dice Kazunori Kohri, Professore Associato presso l'High Energy Accelerator Research Organization Theory Center in Giappone.
"Sarebbe davvero emozionante scoprire perché esistiamo, " dice Murayama. "Questa è l'ultima domanda nella scienza."
Il documento è stato pubblicato come suggerimento dell'editore in Lettere di revisione fisica online il 28 gennaio, 2020.
