La collaborazione NANOGrav ha recentemente catturato i primi segni di onde gravitazionali a frequenza molto bassa. Il Prof. Pedro Schwaller e Wolfram Ratzinger hanno analizzato i dati e, in particolare, considerato la possibilità che questo possa puntare verso una nuova fisica oltre il Modello Standard. In un articolo pubblicato sulla rivista Fisica SciPost , riportano che il segnale è coerente sia con una transizione di fase nell'universo primordiale sia con la presenza di un campo di particelle simili ad assioni (ALP) estremamente leggere. Questi ultimi sono considerati candidati promettenti per la materia oscura.

Le onde gravitazionali aprono una finestra sull'universo primordiale. Mentre l'onnipresente fondo cosmico a microonde non fornisce indizi sui primi 300, 000 anni del nostro universo, forniscono alcuni scorci di ciò che è accaduto durante il Big Bang. "E' esattamente questo primo universo che è così eccitante per i fisici delle particelle, " spiega Pedro Schwaller, Professore di Fisica Teorica al PRISMA+ Cluster of Excellence presso la Johannes Gutenberg University Mainz (JGU). "Questo è il momento in cui sono presenti le particelle elementari come quark e gluoni, e poi si combinano per formare gli elementi costitutivi dei nuclei atomici".

La particolarità delle onde gravitazionali che la collaborazione NANOGrav ha rilevato per la prima volta è che hanno una frequenza molto bassa di 10 ^-8 Hertz, che equivale a circa un'oscillazione all'anno. A causa della loro lunghezza d'onda corrispondentemente grande, per rilevarli ogni rivelatore dovrebbe essere ugualmente grande. Poiché un tale rivelatore non è possibile qui sulla Terra, gli astronomi di NANOGrav usano pulsar distanti e i loro segnali luminosi come enormi rivelatori.

Wolfram Ratzinger delinea la motivazione alla base del loro lavoro:"Anche se finora i dati ci forniscono solo un primo indizio dell'esistenza di onde gravitazionali a bassa frequenza, è ancora molto eccitante per noi lavorare con loro. Questo perché tali onde potrebbero essere prodotte da vari processi avvenuti nell'universo primordiale. Ora possiamo usare i dati che dobbiamo già decidere, quali di questi vengono presi in considerazione e quali non si adattano affatto ai dati."

Di conseguenza, gli scienziati con sede a Magonza hanno deciso di dare uno sguardo particolarmente da vicino a due scenari che avrebbero potuto causare le onde gravitazionali osservate:transizioni di fase nell'universo primordiale e un campo di materia oscura di particelle simili ad assioni estremamente leggere (ALP). Transizioni di fase come queste si verificano a causa della diminuzione della temperatura nel brodo primordiale dopo il Big Bang e provocano enormi turbolenze, tuttavia, come la materia oscura non sono coperti dal Modello Standard.

Sulla base dei dati disponibili, Pedro Schwaller e Wolfram Ratzinger interpretano i risultati della loro analisi con relativa cautela:"Forse leggermente più probabile è lo scenario di transizione della prima fase". D'altra parte, i due fisici ritengono che il fatto di essere in grado di elaborare determinate possibilità basate solo su dati limitati dimostri il potenziale del loro approccio. "Il nostro lavoro è un primo, ma uno sviluppo importante:ci dà molta fiducia che con dati più precisi possiamo trarre conclusioni affidabili sul messaggio che le onde gravitazionali ci stanno inviando dall'universo primordiale".

"Per di più, "Conclude Pedro Schwaller, "possiamo già iniziare a definire alcune caratteristiche degli scenari e a porre dei vincoli su di essi, nel nostro caso la forza della transizione di fase e la massa degli assioni."