Scritto: Venerdì, 22 Novembre 2019 15:36 Ultima modifica: Domenica, 24 Novembre 2019 06:21

Onde G da un mondo speculare?


La suggestiva ipotesi di questo stato "esotico" della materia, oltre a spiegare la natura della materia oscura, potrebbe giustificare l'abbondanza delle onde gravitazionali viste dal LIGO e VIRGO e, al tempo stesso, la rarità di controparti elettromagnetiche osservate per questi eventi di merging...

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Distribuzione della materia visibile ordinaria (giallo arancio) e della materia oscura (blu) in una simulazione recente al supercomputer Distribuzione della materia visibile ordinaria (giallo arancio) e della materia oscura (blu) in una simulazione recente al supercomputer Credits: TNG collaboration - Processing: Marco Di Lorenzo

 L'idea di una "materia speculare" ("mirror matter", detta anche "shadow matter" o "Alice matter") è una ipotesi formulata quasi 30 anni fa e che affonda le sue radici nell'osservazione di una asimmetria nella forza nucleare debole (una delle quattro forze fondamentali della natura). Osservando il "decadimento β" e altri fenomeni in cui è coinvolta questa forza, infatti, negli anni '50 i fisici Lee e Yang scoprirono che essa non rispetta la legge di inversione per riflessione; questo significa che, mentre i processi dominati dalla gravità, dall'elettromagnetismo o dalla forza nucleare forte scambiano la destra con la sinistra quando sono visti allo specchio, per l'interazione debole questo non avviene. Questa anomalia, chiamata dai fisici "violazione della Parità", potrebbe essere risolta se, accanto alla materia ordinaria, esistesse un "universo specchio" fatto di particelle analoghe a quelle ordinarie ma con una "chiralità invertita", capaci di ristabilire una perfetta simmetria. Tali particelle-specchio interagirebbero debolmente con la materia ordinaria e solo attraverso la forza di gravità; questo perché la particella che media la gravità, il cosiddetto gravitone, è l'unico bosone indistinguibile dal suo omologo speculare, in quanto non fa differenze tra processi destrorsi o sinistrorsi.

ParityViolation

L'esperimento che ha rivelato la violazione della parità durante il decadimento Beta. - Credits: Wikipedia

 Un modo per visualizzare questo mondo duale è quello di immaginare l'universo ordinario ("O-world") e quello speculare ("M-world") come due membrane tridimensionali, localizzate in due punti diversi di uno spazio a cinque dimensioni; all'interno di questo spazio pentadimensionale, i gravitoni possono passare liberamente tra i due mondi, mettendoli in comunicazione; questo provocherebbe uno scambio di forze e di onde gravitazionali, senza però la possibilità di comunicare tramite altri mediatori come le onde elettromagnetiche. In realtà, è possibile che una interazione avvenga anche attraverso altre interazioni deboli ignote e ci potrebbero essere anche oscillazioni condivise da parte di particelle neutre (come i neutroni). Peraltro, questo modello sarebbe compatibile con la celebre teoria delle stringhe.

 Alcuni esperimenti sembrano fornire indizi a favore di questa teoria. Già 9 anni fa, uno studio di R.Foot metteva in evidenza come i risultati degli esperimenti DAMA e CoGent andavano nella direzione dell'esistenza di particelle di materia oscura relativamente "leggere", compatibili con la "Mirror Matter". Inoltre, le oscillazioni tra neutroni ordinari e neutroni-specchio cui accennavamo sopra sembrano avere lasciato un segnale significativo in esperimenti effettuati l'anno scorso dal neutronoscillationgroup, in presenza di campi magnetici.

materie oscure

Le innumerevoli teorie sui candidati per la materia oscura - Credits: neutron oscillation group

 Per essere un valido candidato come costituente della materia oscura, la materia speculare dovrebbe essere circa 5 volte più abbondante di quella ordinaria. Pur essendo nati entrambi nel Big Bang, i due universi coesistenti potrebbero avere seguito percorsi evolutivi differenti, a partire dall'inflazione iniziale. Una differente temperatura avrebbe causato una diverso tasso di produzione dei barioni ed anche una differente epoca di disaccoppiamento tra materia e radiazione, avvenuta molto prima nell'Universo-specchio, rispetto ai 380000 anni dopo il Big Bang dell'Universo ordinario. Evolvendosi con una temperatura più bassa in partenza, il mondo speculare avrebbe bruciato le tappe e il massimo di formazione stellare sarebbe avvenuto in anticipo, circa 12 miliardi di anni fa; questo avrebbe causato una abbondante e prematura produzione di buchi neri, oggi circa 15 volte più numerosi rispetto a quelli fatti di materia comune.

 Questo è il ragionamento fatto da due astrofisici georgiani, R,Beradze e M.Gogberashvili (il primo lavora anche presso l'Università dell'Aquila) per giustificare l'inattesa abbondanza di fusioni tra buchi neri osservata tramite le onde gravitazionali. Il mese scorso, questi due autori insieme a S.Sakharov (che lavora in USA e al CERN) hanno scritto un nuovo articolo in cui tornano alla carica su questa idea, prendendo spunto dall'assenza di lampi gamma dalle fusioni tra coppie di stelle di neutroni o tra stelle di neutroni e buchi neri, riscontrata finora nel ciclo osservativo O3 presso LIGO e Virgo. A questa carenza abbiamo accennato anche in questo Blog e, in effetti, i tre ricercatori stimano un rapporto di circa 10:1 tra le fusioni "mirror" e quelle ordinarie; questo è, approssimativamente, il numero osservato finora di eventi senza alcuna emissione elettromagnetica, da contrapporre all'unica occorrenza positiva, la celebre kilonova del 2017.

 Non è facile accettare l'idea che il nostro Universo sia riempito di stelle, pianeti, galassie e buchi neri a noi invisibili, che coesistono con la materia ordinaria e peraltro con una densità nettamente maggiore. Tuttavia, anche se deboli, le interazioni di questi corpi con l'universo visibile ci devono essere e, probabilmente, esse non sono solo di tipo gravitazionale. Una prova sperimentale definitiva in tal senso potrebbe davvero arrivare nei prossimi anni e sarebbe l'inizio di quella "nuova fisica" tanto auspicata da più parti, con sviluppi imprevedibili!

 

Riferimenti:

https://neutronoscillationgrouputk.wordpress.com/2017/02/05/neutron-mirror-neutron-oscillation/

https://www.technologyreview.com/s/418687/first-evidence-that-mirror-matter-may-fill-the-universe/

https://arxiv.org/pdf/1905.02787.pdf

https://arxiv.org/pdf/1910.04567.pdf

https://arxiv.org/abs/1003.0014

Altre informazioni su questo articolo

Read 864 times Ultima modifica Domenica, 24 Novembre 2019 06:21
Marco Di Lorenzo (DILO)

Sono laureato in Fisica e insegno questa materia nelle scuole superiori; in passato ho lavorato nel campo dei semiconduttori e dei sensori d'immagine. Appassionato di astronautica e astronomia fin da ragazzo, ho continuato a coltivare queste passioni sul web, elaborando e pubblicando numerose immagini insieme al collega Ken Kremer. E naturalmente amo la fantascienza e la fotografia!

https://www.facebook.com/marco.lorenzo.58 | Questo indirizzo email è protetto dagli spambots. È necessario abilitare JavaScript per vederlo.

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