Una nuova teoria selvaggia suggerisce che potrebbe esserci un altro “anti-universo”, che corre indietro nel tempo prima del Big Bang.
L’idea presuppone che l’universo primordiale fosse piccolo, caldo e denso, e così uniforme che il tempo sembra simmetrico andando avanti e indietro.
Se vero, il nuovo teoria significa che materia oscura non è così misterioso; è solo un nuovo sapore di una particella spettrale chiamata a neutrino che può esistere solo in questo tipo di universo. E la teoria implica che non ci sarebbe bisogno di un periodo di “inflazione” che ha rapidamente ampliato le dimensioni del giovane cosmo subito dopo il Big Bang.
Se fosse vero, allora esperimenti futuri per cercare le onde gravitazionali, o per definire la massa dei neutrini, potrebbero rispondere una volta per tutte se questo specchio anti-universo esiste.
Conservazione della simmetria
I fisici hanno identificato un insieme di simmetrie fondamentali in natura. Le tre simmetrie più importanti sono: carica (se capovolgi le cariche di tutte le particelle coinvolte in un’interazione nella loro carica opposta, otterrai la stessa interazione); parità (se guardi l’immagine speculare di un’interazione, ottieni lo stesso risultato); e tempo (se esegui un’interazione indietro nel tempo, sembra lo stesso).
Le interazioni fisiche obbediscono alla maggior parte di queste simmetrie per la maggior parte del tempo, il che significa che a volte ci sono violazioni. Ma i fisici non hanno mai osservato una violazione di una combinazione di tutte e tre le simmetrie contemporaneamente. Se prendi ogni singola interazione osservata in natura e capovolgi le cariche, prendi l’immagine speculare e la fai scorrere indietro nel tempo, quelle interazioni si comportano esattamente allo stesso modo.
A questa simmetria fondamentale viene dato un nome: simmetria CPT, per carica (C), parità (P) e tempo (T).
Imparentato: Cos’è la teoria del multiverso?
in un nuova carta recentemente accettato per la pubblicazione sulla rivista Annals of Physics, gli scienziati propongono di estendere questa simmetria combinata. Di solito questa simmetria si applica solo alle interazioni: le forze e i campi che costituiscono la fisica del cosmo. Ma forse, se questa è una simmetria così incredibilmente importante, si applica all’intero universo stesso. In altre parole, questa idea estende questa simmetria dall’applicare ai soli “attori” dell’universo (forze e campi) al “palcoscenico” stesso, l’intero oggetto fisico dell’universo.
Creazione di materia oscura
Viviamo in un universo in espansione. Questo universo è pieno di molte particelle che fanno molte cose interessanti e l’evoluzione dell’universo avanza nel tempo. Se estendiamo il concetto di simmetria CPT al nostro intero cosmo, allora la nostra visione dell’universo non può essere l’intero quadro.
Invece, ci deve essere di più. Per preservare la simmetria CPT in tutto il cosmo, ci deve essere un cosmo-immagine speculare che bilancia il nostro. Questo cosmo avrebbe tutte le cariche opposte rispetto a noi, verrebbe capovolto nello specchio e correrebbe indietro nel tempo. Il nostro universo è solo uno di un gemello. Presi insieme, i due universi obbediscono alla simmetria CPT.
I ricercatori dello studio hanno poi chiesto quali sarebbero state le conseguenze di un tale universo.
Hanno trovato molte cose meravigliose.
Per esempio, un universo che rispetta il CPT si espande naturalmente e si riempie di particelle, senza la necessità di un periodo di rapida espansione a lungo teorizzato noto come inflazione. Sebbene ci siano molte prove che si sia verificato un evento come l’inflazione, il quadro teorico di quell’evento è incredibilmente confuso. È così confuso che c’è molto spazio per proposte di alternative praticabili.
In secondo luogo, un universo rispettoso del CPT aggiungerebbe alcuni neutrini aggiuntivi al mix. Esistono tre gusti di neutrini noti: il neutrino elettronico, il neutrino muonico e il neutrino tau. Stranamente, tutti e tre questi sapori di neutrini sono mancini (riferendosi alla direzione della sua rotazione rispetto al suo movimento). Tutte le altre particelle conosciute dalla fisica hanno varietà sia per mancini che per destrorsi, quindi i fisici si sono chiesti a lungo se ci fossero altri neutrini destrimani.
Un universo rispettoso del CPT richiederebbe l’esistenza di almeno una specie di neutrini destrorsi. Questa specie sarebbe in gran parte invisibile agli esperimenti di fisica, influenzando il resto dell’universo solo attraverso la gravità.
Ma una particella invisibile che inonda l’universo e interagisce solo tramite la gravità assomiglia molto alla materia oscura.
I ricercatori hanno scoperto che le condizioni imposte dall’obbedire alla simmetria CPT avrebbero riempito il nostro universo di neutrini destrorsi, abbastanza da spiegare la materia oscura.
Previsioni allo specchio
Non avremmo mai accesso al nostro gemello, l’universo dello specchio CPT, perché esiste “dietro” il nostro Big Bang, prima dell’inizio del nostro cosmo. Ma questo non significa che non possiamo testare questa idea.
I ricercatori hanno trovato alcune conseguenze osservative di questa idea. Per uno, prevedono che le tre specie conosciute di neutrini mancini dovrebbero essere tutte particelle di Majorana, il che significa che sono le loro stesse antiparticelle (in contrasto con le particelle normali come l’elettrone, che hanno controparti di antimateria chiamate positroni). A partire da ora, i fisici non sono sicuri se i neutrini abbiano questa proprietà o meno.
Inoltre, prevedono che una delle specie di neutrini dovrebbe essere priva di massa. Attualmente, i fisici possono solo porre limiti superiori alle masse dei neutrini. Se i fisici potessero mai misurare in modo definitivo le masse dei neutrini, e una di esse è davvero priva di massa, ciò rafforzerebbe notevolmente l’idea di un universo simmetrico CPT.
Infine, in questo modello l’evento di inflazione non si è mai verificato. Invece, l’universo si è riempito di particelle naturalmente da solo. I fisici ritengono che l’inflazione abbia scosso lo spazio-tempo in misura tale da inondare il cosmo di onde gravitazionali. Molti esperimenti sono alla ricerca di queste onde gravitazionali primordiali. Ma in un universo simmetrico al CPT, non dovrebbero esistere tali onde. Quindi, se quelle ricerche sulle onde gravitazionali primordiali risultano vuote, questo potrebbe essere un indizio che questo modello di universo dello specchio CPT è corretto.
Originariamente pubblicato su Live Science.