Mistero della materia oscura RISOLTO? Specchio universo che corre indietro nel tempo potrebbe contenere la chiave | Scienza | Notizia

Materia oscura: scienziati nella “nuvola di nebbia” sull’enigma

I fisici hanno stabilito che le leggi della natura tendono a seguire tre simmetrie fondamentali, quella di carica, parità e tempo, note collettivamente come simmetria CPT. Ciò significa, in teoria, che se dovessi considerare le interazioni tra qualsiasi particella, potresti invertire le cariche (scambiare la materia con l’antimateria, per esempio); sostituire ogni particella, interazione e decadimento con la sua immagine speculare (una cosiddetta trasformazione di parità); o eseguire l’interazione all’indietro invece che in avanti nel tempo – e si comporterebbe comunque allo stesso modo. In realtà, però, le cose sono un po’ più complicate, poiché a volte non si seguono simmetrie individuali, in quella che i fisici chiamano una “violazione”.

Se prendiamo i neutrini, ad esempio, particelle subatomiche simili agli elettroni, ma senza carica elettrica e una massa minima, si pensa che ruotino sempre in senso orario rispetto alla direzione in cui viaggiano.

I fisici chiamano questo “mancino”; se tendi la mano con il pollice rivolto verso di te e le dita piegate, vedrai che le tue dita si arricciano attorno all’asse del pollice in senso orario.

Poiché tutti i neutrini conosciuti sono mancini, non è possibile eseguire una trasformazione di parità su di essi, poiché l’immagine speculare sarebbe un neutrino destrorso, che sembra non esistere.

Allo stesso modo, poiché gli antineutrini sono sempre destrimani, non puoi eseguire una trasformazione di carica su un neutrino, poiché dovresti finire con un antineutrino mancino.

Sebbene le simmetrie individuali siano state violate, nessun sistema ha mai violato tutte e tre le parti della simmetria CPT contemporaneamente: sembra essere fondamentale.

Il nostro universo potrebbe avere controparti “specchio”, hanno proposto i fisici (Immagine: Getty Images)

La Galassia di Andromeda

Un universo specchio può aiutare a spiegare la materia oscura che tiene insieme le galassie (Immagine: Getty Images)

Nel loro studio, il dottor Latham Boyle ei suoi colleghi del Perimeter Institute for Theoretical Physics di Waterloo, in Canada, propongono di estendere l’ambito della simmetria CPT.

Hanno deciso di esplorare se potesse applicarsi non solo alle interazioni di base all’interno dell’universo, ma anche all’universo stesso.

Secondo il trio, il punto di partenza per questo esperimento mentale è venuto da “una semplice osservazione” – che nell’era calda e dominata dalle radiazioni dell’universo primordiale iniziata meno di un minuto dopo il Big Bang, la matematica che descrive l’universo di fondo ha simmetria di inversione temporale.

Hanno aggiunto: “Interpretiamo questo come un indizio che lo stato dell’universo (cioè lo spaziotempo stesso e lo stato quantistico della teoria quantistica dei campi su quello spaziotempo) potrebbe effettivamente rispettare la simmetria CPT”.

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Le onde gravitazionali e la storia dell'universo

Se il nostro universo ha un gemello, non troveremo segni di onde gravitazionali primordiali (Immagine: Creative Commos / Drbogdan / Yinweichen)

Il cosmo come lo conosciamo si evolve nel tempo. Affinché la simmetria CPT si applichi all’universo, quindi, è logico che la nostra comprensione dell’universo possa essere solo metà del quadro: deve esserci un altro universo che giace dall’altra parte del Big Bang, uno in cui il tempo scorre in la direzione opposta.

In questo universo “specchio”, tutte le particelle avrebbero la carica opposta alle controparti dell’universo principale, apparirebbero come se fossero capovolte nello specchio e correrebbero, dalla nostra prospettiva, “indietro” nel tempo.

Mentre, da soli, sia il nostro che l’universo specchio violano la simmetria CPT, se presi insieme come una coppia, obbedirebbero ad essa.

Il team ha affermato: “L’universo prima del botto e l’universo dopo il botto possono essere visti come una coppia universo/antiuniverso, che emerge direttamente nell’era calda e dominata dalle radiazioni che osserviamo nel nostro passato”.

L'esperimento BICEP

L’esperimento BICEP al Polo Sud sta cercando onde gravitazionali primordiali (Immagine: emblema)

Considerare il nostro cosmo conosciuto come parte di una coppia universo/antiuniverso ha alcune ramificazioni interessanti per la nostra comprensione della fisica.

Per cominciare, un universo che rispetta il CPT si espanderebbe naturalmente e si riempirebbe di particelle, hanno spiegato i ricercatori.

Ciò risolve la necessità della cosiddetta “epoca inflazionistica” in cui l’universo si espanse rapidamente per una frazione di secondo poco dopo il big bang, aumentando il suo volume di un fattore di tredecillion – o “1” seguito da 78 zeri.

Sebbene ci siano molte prove che suggeriscono che si è verificato un evento inflazionistico, i modelli per tutti questi hanno capricci intrinseci e altre interpretazioni potrebbero essere ancora praticabili.

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Allo stesso tempo, un universo che rispetti il ​​CPT dovrebbe avere una specie di neutrino senza massa e almeno una varietà di neutrini destrorsi — che, come notato in precedenza, non sono mai stati osservati.

E se dovessero esistere, i neutrini destrorsi, credono i fisici, sarebbero abbondanti ma in gran parte non rilevabili e interagirebbero con altre particelle esclusivamente tramite la gravità.

Ciò rende i neutrini destrorsi un candidato intrigante per la “materia oscura”, la misteriosa componente dell’universo la cui esistenza – e influenza gravitazionale – è necessaria per spiegare completamente il movimento delle stelle all’interno delle galassie.

I fisici hanno stimato che circa il 27% dell’universo potrebbe essere composto da materia oscura.

Lo Spock dell'Universo Specchio, in Star Trek

In Star Trek, l’accesso all’Universo Specchio (nella foto) era solo un malfunzionamento del teletrasporto (Immagine: IMDB)

A differenza del franchise di Star Trek, dove l’accesso all’Universo Specchio – e alla sua proliferazione di capre dall’aspetto sinistro – è solo un malfunzionamento del teletrasporto, probabilmente non saremo mai in grado di visitare o nemmeno misurare direttamente la nostra controparte anti-universo.

Tuttavia, i ricercatori hanno spiegato, ci sono modi in cui potremmo dedurre l’esistenza di un universo specchio della vita reale studiando le proprietà del nostro cosmo.

Ad esempio, se il nostro universo ha un gemello, un giorno dovremmo scoprire che tutti i neutrini attualmente conosciuti sono le loro stesse antiparticelle e, come accennato in precedenza, che una specie di neutrini è completamente priva di massa.

Infine, il modello dell’universo gemello significherebbe che lo spazio-tempo non è mai stato scosso dall’inflazione, il che significa che la continua ricerca di onde gravitazionali primordiali – come sta facendo l’esperimento BICEP al Polo Sud – si sarebbe rivelata infruttuosa.

Un preprint dell’articolo dei ricercatori, che è stato accettato per la pubblicazione sulla rivista Annals of Physics ma non è stato ancora sottoposto a revisione paritaria, può essere letto sul repository arXiv.

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