Potrebbero esserci delle crepe nello spazio-tempo, ma i telescopi dell'umanità non possono vederli.
Le crepe, se esistono, sono vecchi resti di un tempo poco dopo il Big Bang, quando l'universo era appena passato da uno stato più caldo, più alieno a uno più freddo e familiare che vediamo oggi. Quel grande raffreddamento, quello che i fisici chiamano "transizione di fase", è iniziato prima in alcuni punti rispetto ad altri, secondo la teoria. Bolle di universo più freddo si formarono e si diffusero, fiorendo nello spazio fino a quando incontrarono altre bolle. Alla fine, tutto lo spazio è passato e il vecchio universo è scomparso.
Ma quel vecchio stato ad alta energia avrebbe potuto sopravvivere ai confini tra le bolle, crepe nel tessuto dello spazio-tempo in cui quelle regioni di raffreddamento si incontravano e non si adattavano perfettamente. Alcuni fisici pensavano che potremmo ancora vedere prove di quelle crepe o difetti - noti come "stringhe cosmiche" - nello sfondo cosmico a microonde (CMB), il calore lasciato dall'emergenza violenta dell'universo. Ma secondo un nuovo articolo, quella prova sarebbe semplicemente troppo debole per qualsiasi telescopio mai in grado di rilevare il rumore.
Le stringhe cosmiche sono oggetti difficili da immaginare, ha dichiarato Oscar Hernández, fisico della McGill University di Montreal e coautore del documento. Ma hanno analoghi nel nostro mondo.
"Hai camminato su un lago ghiacciato? Hai notato crepe allacciate attraverso il ghiaccio del lago ghiacciato? È ancora abbastanza solido. Non c'è nulla di cui aver paura, ma ci sono crepe", ha detto Hernández a Live Science
Queste crepe si formano attraverso un processo di transizione di fase simile a quello delle stringhe cosmiche.
"Il ghiaccio è l'acqua che ha attraversato una transizione di fase", ha detto. "Le molecole d'acqua sono libere di muoversi come un fluido, e poi all'improvviso, da qualche parte, iniziano a formarsi in un cristallo. ... Inizia a tessere se stessa in piastrelle, che sono esagoni. Ora, immagina di avere piastrelle perfette esagoni e piastrellatura con quello. Se qualcuno dall'altra parte del lago ricomincia a tessere, "non ci sono praticamente possibilità che le tue tessere si allineino.
I punti di incontro imperfetti sulla superficie di un lago ghiacciato formano lunghe crepe. Nel tessuto in cui spazio e tempo si intersecano, formano stringhe cosmiche - se la fisica sottostante è corretta.
Nello spazio, credono i ricercatori, ci sono campi che determinano il comportamento di forze e particelle fondamentali. Le prime transizioni di fase dell'universo hanno portato alla nascita di questi campi.
"Potrebbe esserci un campo relativo a qualche particella che deve, in un certo senso," scegliere una direzione per congelare e raffreddare ". E poiché l'universo è davvero grande, potrebbe scegliere direzioni diverse in diverse parti dell'universo ", ha detto. "Ora, se questo campo obbedisce a determinate condizioni ... quando l'universo si sarà raffreddato ci saranno linee di discontinuità, ci saranno linee di energia che non possono raffreddarsi."
Oggi, quei punti di incontro apparirebbero come linee di energia infinitamente sottili attraverso lo spazio.
Trovare quelle stringhe cosmiche sarebbe un grosso problema perché sarebbero un'altra prova che la fisica è più grande e più complicata di quanto permetta l'attuale modello, ha detto Hernández.
In questo momento, la teoria più avanzata della fisica delle particelle che i ricercatori ritengono sia stata definitivamente dimostrata è conosciuta come il Modello standard. Include i quark e gli elettroni che compongono gli atomi, oltre a particelle più esotiche come il bosone di Higgs e i neutrini.
Tuttavia, la maggior parte dei fisici ritiene che il Modello standard sia incompleto. Come Live Science ha riferito in precedenza, ci sono tutti i tipi di idee su come espanderci, dalle particelle supersimmetriche (cioè lo "stato di sonno") alla teoria delle superstringhe - l'idea che tutte le particelle e le forze possano essere spiegate come vibrazioni di piccoli "stringhe" multidimensionali. (Nota: le "stringhe" della teoria delle superstringhe non sono lo stesso tipo di "stringhe cosmiche". Ci sono solo tante metafore disponibili e talvolta i fisici in diversi campi riutilizzano una.)
"Molte estensioni del modello standard che piacciono molto alle persone - come molte teorie sulle superstringhe e altre - portano naturalmente a stringhe cosmiche dopo che si verifica l'inflazione", ha detto Hernández. "Quindi quello che abbiamo è un oggetto previsto da moltissimi modelli, quindi se non esistono allora tutti questi modelli sono esclusi. E se esistono, oh mio dio, le persone sono felici."
Dal 2017, c'è stata una raffica di interesse nel tentativo di individuare stringhe nel CMB, Hernández e il suo co-autore hanno scritto nel loro articolo, pubblicato il 18 novembre nel database arXiv e non ancora sottoposto a revisione paritaria.
Hernández, insieme a Razvan Ciuca del Marianopolis College di Westmount, nel Quebec, in passato aveva sostenuto che una rete neurale convoluzionale - un potente tipo di software per la ricerca di schemi - sarebbe lo strumento migliore per individuare prove delle stringhe in CMB.
Supponendo una mappa perfetta e senza rumore della CMB, hanno scritto in un articolo separato del 2017, un computer che gestisce quel tipo di rete neurale dovrebbe essere in grado di trovare stringhe cosmiche anche se i loro livelli di energia (o "tensione") sono notevolmente bassi.
Ma rivisitando l'argomento in questo nuovo articolo del 2019, hanno dimostrato che in realtà è quasi certamente impossibile fornire dati CMB abbastanza puliti per la rete neurale per rilevare queste potenziali stringhe. Altre fonti di microonde più luminose oscurano il CMB e sono difficili da districare completamente. Anche i migliori strumenti a microonde sono imperfetti, con una risoluzione limitata e fluttuazioni casuali nella precisione di registrazione da un pixel all'altro. Tutti questi fattori e altro, hanno scoperto, si sommano a un livello di perdita di informazioni che nessun metodo attuale o pianificato di registrazione e analisi della CMB sarà mai in grado di superare, hanno scritto. Questo metodo di caccia alle stringhe cosmiche è un vicolo cieco.
Ciò non significa che tutto sia perduto, però, hanno scritto.
Un nuovo metodo per la caccia alle stringhe cosmiche si basa sulle misurazioni dell'espansione dell'universo in tutte le direzioni attraverso le parti antiche dell'universo. Questo metodo - chiamato mappatura dell'intensità di 21 centimetri - non si basa sullo studio dei movimenti delle singole galassie o su immagini precise della CMB, ha affermato Hernández. Invece, si basa su misurazioni della velocità con cui gli atomi di idrogeno si stanno allontanando dalla Terra, in media, in tutte le parti dello spazio profondo.
I migliori osservatori per la mappatura di 21 cm (così chiamato perché l'idrogeno emette energia elettromagnetica con una lunghezza d'onda rivelatrice di 21 cm) non sono ancora online. Ma quando arrivano, gli autori hanno scritto, c'è speranza per prove più chiare di stringhe cosmiche nei loro dati. E poi, ha detto Hernández, la caccia può ricominciare.
