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Alle soglie del Big Bang. Dal Polo Sud l’esperimento BICEP2 fornisce indizi sull’inizio dell’universo

Il laboratorio Dark Sector, al Polo Sud, dove si trova il telescopio BICEP2

Il laboratorio Dark Sector, al Polo Sud, dove si trova il telescopio BICEP2

Presentato alla stampa l'esperimento statunitense BICEP2 che potrebbe avere rilevato le onde gravitazionali lasciate dalla grande esplosione cosmica all'inizio dell'universo. Le onde fornirebbero la prova che l'universo avrebbe avuto un periodo di espansione accelerata, noto come inflazione 

 

Pochi giorni fa è stato presentato alla stampa l'esperimento statunitense BICEP2, realizzato al Polo Sud, che secondo i ricercatori, potrebbe avere rilevato le onde gravitazionali lasciate dal Big Bang.

Il modello del Big Bang predice che il nostro universo sia in espansione e che si stia lentamente raffreddando. Mettere indietro l'orologio significa guardare l'universo quando era molto più giovane e quindi molto più caldo. La radiazione cosmica di fondo che BICEP2 avrebbe misurato è la radiazione rilasciata da quell’epoca più calda, il che fornirebbe la prova migliore che il Big Bang è effettivamente accaduto.

Anche se il modello del Big Bang è stato confermato in molti modi diversi, non è ancora una teoria completa e lascia molte domande senza risposta. Una di queste domande è: com’è iniziato, e perché alcune parti dello spazio sono state riempite con più materia rispetto ad altre?

Nel 1992, il satellite COBE guardando il fondo cosmico generato dopo trecentomila anni dal Big Bang scoprì che c’erano lievissime variazioni di densità, dell’ordine di solo una parte su centomila. COBE aveva mostrato anche strutture coerenti su scale di lunghezza che, secondo la teoria del Big Bang, erano troppo grandi.

Diversi modelli cercarono di risolvere questo problema. Questi modelli proposero che quando l'universo aveva molto meno di un secondo, aveva avuto un’espansione accelerata, un processo noto come "inflazione". Durante questo periodo di accelerazione erano sorte delle fluttuazioni quantistiche su di una piccola scala che si erano allungate oltre le dimensioni del nostro universo osservabile, generando i semi della struttura vista dal satellite COBE.

Una delle previsioni di questi modelli d’inflazione era che queste fluttuazioni quantistiche non erano solo limitate alla materia ordinaria, ma si potevano verificare anche nei campi gravitazionali, dove si manifestano come onde di gravità o radiazione gravitazionale.

La prova dell’esistenza di un periodo d’inflazione è stata ricostruita di recente, utilizzando i risultati forniti dal satellite Planck dell'Agenzia Spaziale Europea, ESA, l'anno scorso. Planck ha mostrato che l'ampiezza dei semi iniziali dipende dalla scala fisica che si guarda.

La prova che l'inflazione si è verificata, si trova tra le onde gravitazionali, e questo è il motivo di tanto entusiasmo generato dall'annuncio del BICEP2. La rilevazione della radiazione gravitazionale dimostra non solo che l'inflazione è avvenuta ma anche indica abbastanza bene qual era la temperatura dell'universo quando è successo.

Ciò sembra approssimare bene la scala di energia della teoria della "Grande Unificazione", quando le forze elettriche, magnetiche, nucleari deboli e le forze nucleari forti furono tutte unificate in un'unica teoria. Addirittura ci dà un’ulteriore evidenza, indiretta, che in realtà esistono onde di gravità, anche se non sono ancora state viste direttamente.

Tuttavia ci sono delle ragioni per essere cauti. L’esperimento BICEP2, avrebbe scoperto le onde di gravità studiando i segnali che vengono dal fondo cosmico a microonde. La luce della radiazione di fondo dovrebbe essere linearmente polarizzata, proprio come la luce solare quando è riflessa da una superficie piana, e questo fornisce un ulteriore grado di libertà che non può essere misurata solo dalla sua temperatura.

Questo nuovo grado di libertà è conosciuto come "B-mode", e fornisce un canale diretto attraverso il quale rilevare le onde di gravità. BICEP2 ha rilevato questa struttura per la prima volta su larga scala, dove dovrebbero dominare le onde di gravità stesse.

Una preoccupazione principale è che questo risultato sembra essere in contraddizione con un limite pubblicato lo scorso anno dal satellite Planck dell'ESA utilizzando un'altra tecnica meno diretta. Un'altra preoccupazione riguarda altri segnali astrofisici, provenienti dalla nostra galassia, che forniscono primi piani che appaiono come onde di gravità. Il team di BICEP2 ha fatto un’approssimazione forte dicendo che questi primi piani devono essere piccoli, ma l'esperimento è limitato nella sua capacità di discriminare tali segnali, se esistono.

D'altra parte, se i risultati BICEP2 reggono, le implicazioni sono davvero notevoli. Non solo ci raccontano come l'universo è diventato, ma aprono una nuova finestra sulla fisica delle particelle e sulla nostra comprensione di come le forze fondamentali dell'universo siano correlate.

Del risultato si è compiaciuto Stephen Hawking, che ha subito annunciato trionfalmente: “È una ulteriore conferma della teoria dell’inflazione. E significa anche che ho vinto la scommessa con Neil Turok, direttore del Perimeter Institute del Canada”. Il quale dichiara che è un risultato importante, perché indica che siamo alla soglia di una nuova finestra sul Big Bang e su ciò che è accaduto in prossimità di quegli istanti iniziali. Tuttavia Turok non è convinto del tutto dei risultati perché i ricercatori dell’esperimento BICEP2 non spiegano realmente cosa accadde all’inizio di tutto.

Per inciso l’esperimento Planck ha visto la partecipazione nutrita di scienziati italiani dell’INAF e di ASI e i suoi risultati sono una conferma della capacità dell’Europa e dell’Italia a fare Scienza di qualità.

 

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