Scoprire proprietà delle particelle elementari studiando la struttura galattica, un approccio unificato

universo primordialeIl paradigma cosmologico dell’inflazione ha ottenuto molto supporto dai dati osservativi nei 30 anni da quando è stato introdotto (1)(Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems, Alan Guth, 1981). Rimangono tuttavia diverse importanti questioni, alcune delle quali pongono serie sfide. Per esempio, com’è possibile che l’universo primordiale abbia formato perturbazioni di densità, che hanno prodotto le strutture galattiche in grande scala di oggi, quando si suppone che fosse molto omogeneo. La teoria standard spiega tali gradienti di densità come risultato delle fluttuazioni del vuoto quantistico nell’universo primordiale, che avrebbero generato le strutture seme necessarie per la formazione delle galassie e il loro ordine cosmologico in grande scala (queste strutture sono più accuratamente descritte come buchi neri primordiali).

Altra sfida particolare viene dal potere predittivo del Modello Standard nello spiegare la struttura e l’ordine che osserviamo oggi, attraverso lo spettro di massa delle particelle fondamentali che cambierebbe a seconda dei parametri presenti durante diversi modelli di inflazione cosmica (che possono avere qualsiasi numero di diversi valori potenziali). Con tale potenziale variabilità del Modello Standard, non c’è modo di predire a priori i valori, è un evento casuale e quindi non c’è ragione di credere che un altro ipotetico Big Bang possa risultare in un Universo con le proprietà del nostro.

Un team che ha incluso Xingang Chen dell’Harvard-Smithsonian Center for Astrophysics (CfA), Yi Wang della Hong Kong University of Science and Technology (HKUST) (che ha lavorato con Nima Arkani-Hamed e Juan Maldacena) e Zhong-Zhi Xianyu del Center for Mathematical Sciences and Applications di Harvard, ha descritto un metodo per spiegare come le proprietà delle particelle elementari siano nate dal Big Bang, studiando le strutture più grandi nel cosmo.

Il metodo è basato sulla comprensione che le strutture microscopiche iniziali dell’universo primordiale, come le particelle elementari, vengono impresse nelle strutture in larga scala dell’universo seguente, come le galassie e la radiazione di fondo cosmica. Quindi studiando le statistiche, la distribuzione spaziale e altre proprietà dell’universo in larga scala, i ricercatori possono ottenere nuovi indizi nella natura degli oggetti nelle dimensioni più piccole, le particelle fondamentali.

“Il relativo numero di particelle fondamentali con diverse masse, ciò che chiamiamo spettro della massa, nel Modello Standard ha uno schema speciale, che può essere visto come l’impronta digitale del modello stesso”, ha spiegato Zhong-Zhi Xianyu. “Tuttavia, questa impronta cambia col cambiare dell’ambiente e sarebbe stato molto diverso al tempo dell’inflazione rispetto ad ora”.

Il team ha mostrato come apparirebbe lo spettro della massa nel Modello Standard in diversi modelli inflazionari. Inoltre i ricercatori hanno mostrato come tale spettro sia impresso nell’aspetto della struttura in larga scala del nostro universo, questo studio apre la via a future scoperte nella fisica. Tale tecnica non è nuova, anche il fisico Nassim Haramein ha applicato questo metodo di studio della distribuzione di strutture in larga scala e delle proprietà dell’universo per comprendere la scala più piccola e viceversa, con notevole successo. Haramein e l’astrofisico Amira Val Baker hanno applicato la soluzione di gravità quantistica della massa e del raggio del protone, per spiegare gli esatti parametri di inflazione nel loro modello cosmologico, generando un modello basato su principi primari per predire e spiegare le costanti fondamentali e le proprietà delle particelle elementari che si formano in tale inflazione seguente.

Esiste una unificazione lungo le scale di dimensione, dove gli oggetti più piccoli sono impressi nelle proprietà di quelli più grandi e queste ultime influenzano e generano le proprietà delle più piccole. “Se siamo abbastanza fortunati nell’osservare queste impressioni, non saremmo solo capaci di studiare la fisica delle particelle e i principi fondamentali dell’universo primordiale, ma potremo anche comprendere meglio l’inflazione cosmica. A questo riguardo, dobbiamo esplorare ancora un intero universo di misteri”, ha dichiarato Xianyu.

La ricerca del team di Xianyu si trova in un documento pubblicato su Physical Review Letters del 29 giugno.

William Brown

[1] A. H. Guth, Inflationary universe: A possible solution to the horizon and flatness problems. Phys. Rev. D 23, 347 (1981); A. D. Linde, Phys. Lett. B 108, 389 (1982); A. Albrecht and P. J. Steinhardt, Phys. Rev. Lett. 48, 1220 (1982).

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Scoprire proprietà delle particelle elementari studiando la struttura galattica, un approccio unificato ultima modifica: 2017-08-18T17:17:02+00:00 da Richard
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Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)