La collaborazione LIGO/Virgo/KAGRA, un folto gruppo di ricercatori in diversi istituti in tutto il mondo, ha recentemente imposto i vincoli più forti sulle stringhe cosmiche fino ad oggi, utilizzando il set di dati O3 completo Advanced LIGO/Virgo. Questo dataset contiene gli ultimi dati sulle onde gravitazionali rilevati da una rete di tre interferometri situati negli Stati Uniti e in Italia.

"Volevamo utilizzare i dati più recenti della terza sessione di osservazione (set di dati O3) per mettere vincoli alle stringhe cosmiche, " Prof. Mairi Sakellariadou del King's College di Londra, che fa parte della Collaborazione LIGO-Virgo, detto Phys.org .

Le teorie di campo prevedono che man mano che l'Universo si espande e la sua temperatura scende, subisce una serie di transizioni di fase seguite da simmetrie spontaneamente rotte, che possono lasciare difetti topologici, reliquie del precedente, fase più simmetrica dell'Universo.

"Solo per farti un esempio, se prendi l'acqua nella sua forma liquida e diminuisci la temperatura sotto zero gradi Celsius, si solidificherà, "Sakellariadou ha detto. "Dentro un cubetto di ghiaccio, puoi vedere filamenti dove l'acqua è in forma liquida. Questo fenomeno può verificarsi anche nell'Universo." I difetti topologici unidimensionali sono indicati come stringhe cosmiche. Mentre i modelli di fisica delle particelle prevedono l'esistenza di stringhe cosmiche, non vi è attualmente alcuna conferma osservativa della loro esistenza.

"Le corde cosmiche più pesanti sono, più forti saranno i loro effetti gravitazionali, " ha detto Sakellariadou. Analizzando i dati osservativi, possiamo mettere dei vincoli al parametro che ci dice quanto sono pesanti questi oggetti, in altre parole l'epoca della formazione delle stringhe cosmiche."

L'impostazione di vincoli sulle stringhe cosmiche consente inoltre ai ricercatori di vincolare modelli di fisica delle particelle e scenari cosmologici. Utilizzando i dati delle onde gravitazionali, i ricercatori sono in grado di testare modelli di fisica delle particelle su scale energetiche che non possono essere raggiunte da acceleratori come il Large Hadron Collider del CERN.

"I vincoli dipendono anche dal modello di stringhe cosmiche che stiamo usando per la distribuzione dell'anello di stringa, che è dettato da simulazioni numeriche coinvolte", ha detto Sakellariadou.

Finora, i ricercatori hanno sviluppato due possibili simulazioni numeriche. Il primo è stato proposto diversi anni fa da Bouchet, Lorenza, Ringeval e Sakellariadou, mentre il secondo è stato sviluppato da Blanco-Pillado, Olum e Shlaer.

Recentemente, Auclair, Ringeval, Sakellariadou e Steer hanno sviluppato un nuovo modello analitico di string loop che interpola i due sviluppati in passato con simulazioni numeriche. Questo nuovo modello è stato utilizzato per la prima volta nell'imporre vincoli alle stringhe cosmiche utilizzando i dati delle onde gravitazionali dell'ultimo ciclo osservativo della collaborazione LIGO/Virgo/KAGRA.

Sorprendentemente, i recenti vincoli imposti dalla collaborazione LIGO/Virgo/KAGRA sono più forti di quelli posti dalla nucleosintesi del Big Bang, array di temporizzazione pulsar, o dati cosmici di fondo a microonde. Hanno anche migliorato i precedenti vincoli fissati da LIGO/Virgo da 1 a 2 ordini di grandezza.

"Man mano che più dati diventano disponibili, saremo in grado di porre vincoli ancora più forti. Da un punto di vista teorico, però, è anche importante costruire e studiare nuovi modelli di stringhe cosmiche, ed esaminare le implicazioni del nostro lavoro per la fisica delle particelle oltre il Modello Standard e gli scenari cosmologici", disse Sakellariadou.

La ricerca è stata pubblicata su Lettere di revisione fisica .

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