Gli astronomi di tutto il mondo sono un po 'nervosi perché non riescono a concordare sulla velocità con cui l'universo si sta espandendo.
Da quando il nostro universo è emerso da un'esplosione di un minuscolo granello di densità e gravità infinite, è stato in mongolfiera, e nemmeno a un ritmo costante, l'espansione dell'universo continua ad accelerare.
Ma quanto velocemente si sta espandendo è stato per un vertiginoso dibattito. Le misurazioni di questo tasso di espansione da fonti vicine sembrano essere in conflitto con la stessa misurazione presa da fonti distanti. Una possibile spiegazione è che, in sostanza, qualcosa di strano sta succedendo nell'universo, cambiando il tasso di espansione.
E un teorico ha proposto che è emersa una particella nuova di zecca e sta alterando il destino futuro di tutto il nostro cosmo.
Hubble, Hubble, fatica e guai
Gli astronomi hanno escogitato diversi modi intelligenti per misurare ciò che chiamano il parametro Hubble o costante di Hubble (indicato per le persone con vite impegnate come H0). Questo numero rappresenta oggi il tasso di espansione dell'universo.
Un modo per misurare il tasso di espansione oggi è osservare le supernove vicine, l'esplosione di gas e polvere lanciata dalle stelle più grandi dell'universo alla loro morte. C'è un particolare tipo di supernova che ha una luminosità molto specifica, quindi possiamo confrontare quanto sono luminosi con quanto sappiamo che dovrebbero essere e calcolare la distanza. Quindi, guardando la luce dalla galassia ospite della supernova, gli astrofisici possono anche calcolare la velocità con cui si stanno allontanando da noi. Mettendo insieme tutti i pezzi, possiamo quindi calcolare il tasso di espansione dell'universo.
Ma c'è di più nell'universo oltre alle stelle esplosive. C'è anche qualcosa chiamato sfondo cosmico a microonde, che è la luce rimanente appena dopo il Big Bang, quando il nostro universo era un semplice bambino, solo 380.000 anni. Con missioni come il satellite Planck incaricato di mappare questa radiazione residua, gli scienziati hanno mappe incredibilmente precise di questo sfondo, che possono essere utilizzate per ottenere un quadro molto accurato dei contenuti dell'universo. E da lì, possiamo prendere quegli ingredienti e far avanzare l'orologio con i modelli di computer ed essere in grado di dire quale dovrebbe essere il tasso di espansione oggi - supponendo che gli ingredienti fondamentali dell'universo non siano cambiati da allora.
Queste due stime non sono abbastanza d'accordo da rendere le persone un po 'preoccupate che ci manchi qualcosa.
Guarda il lato oscuro
Forse, una o entrambe le misurazioni sono errate o incomplete; molti scienziati su entrambi i lati del dibattito stanno lanciando la giusta quantità di fango ai loro avversari. Ma se assumiamo che entrambe le misurazioni siano accurate, allora abbiamo bisogno di qualcos'altro per spiegare le diverse misurazioni. Poiché una misurazione proviene dall'universo primordiale e un'altra proviene da tempi relativamente recenti, il pensiero è che forse un nuovo ingrediente nel cosmo sta alterando il tasso di espansione dell'universo in un modo che non abbiamo già catturato nel nostro Modelli.
E ciò che domina l'espansione dell'universo oggi è un fenomeno misterioso che chiamiamo energia oscura. È un nome fantastico per qualcosa che praticamente non capiamo. Tutto ciò che sappiamo è che il tasso di espansione dell'universo oggi sta accelerando e chiamiamo la forza che guida questa accelerazione "energia oscura".
Nei nostri confronti dall'universo giovane all'universo attuale, i fisici assumono che l'energia oscura (qualunque essa sia) sia costante. Ma con questo presupposto, abbiamo l'attuale disaccordo, quindi forse l'energia oscura sta cambiando.
Immagino che valga la pena provare. Supponiamo che l'energia oscura stia cambiando.
Gli scienziati hanno il sospetto furbo che l'energia oscura abbia qualcosa a che fare con l'energia che è bloccata nel vuoto dello spazio-tempo stesso. Questa energia proviene da tutti i "campi quantistici" che permeano l'universo.
Nella moderna fisica quantistica, ogni singolo tipo di particella è legata al suo campo particolare. Questi campi attraversano tutto lo spazio-tempo, e a volte frammenti di campi si eccitano davvero in alcuni punti, diventando le particelle che conosciamo e amiamo - come elettroni, quark e neutrini. Quindi tutti gli elettroni appartengono al campo degli elettroni, tutti i neutrini appartengono al campo dei neutrini e così via. L'interazione di questi campi costituisce la base fondamentale per la nostra comprensione del mondo quantistico.
E non importa dove tu vada nell'universo, non puoi sfuggire ai campi quantistici. Anche quando non vibrano abbastanza in una particolare posizione per creare una particella, sono ancora lì, che si muovono e vibrano e fanno la loro normale cosa quantistica. Quindi questi campi quantistici hanno una quantità fondamentale di energia ad essi associata, anche nel vuoto vuoto stesso.
Se vogliamo usare l'energia quantistica esotica del vuoto dello spazio-tempo per spiegare l'energia oscura, ci imbattiamo immediatamente in problemi. Quando eseguiamo calcoli molto semplici, molto ingenui di quanta energia c'è nel vuoto a causa di tutti i campi quantistici, finiamo con un numero che è di circa 120 ordini di grandezza più forte di ciò che osserviamo come energia oscura. Ops.
D'altra parte, quando proviamo alcuni calcoli più sofisticati, finiamo con un numero che è zero. Che non è d'accordo con la quantità misurata di energia oscura. Whoops di nuovo.
Quindi, qualunque cosa accada, facciamo davvero fatica a capire l'energia oscura attraverso il linguaggio dell'energia del vuoto dello spazio-tempo (l'energia creata da quei campi quantici). Ma se queste misurazioni del tasso di espansione sono accurate e l'energia oscura sta davvero cambiando, allora questo potrebbe darci un indizio sulla natura di quei campi quantistici. In particolare, se l'energia oscura sta cambiando, ciò significa che i campi quantistici stessi sono cambiati.
Appare un nuovo nemico
In un recente articolo pubblicato online sulla rivista di prestampa arXiv, il fisico teorico Massimo Cerdonio dell'Università di Padova ha calcolato l'entità del cambiamento nei campi quantici necessario per spiegare il cambiamento nell'energia oscura.
Se esiste un nuovo campo quantico responsabile del cambiamento nell'energia oscura, ciò significa che c'è una nuova particella là fuori nell'universo.
E la quantità di cambiamento nell'energia oscura calcolata da Cerdonio richiede un certo tipo di massa di particelle, che risulta essere all'incirca la stessa massa di un nuovo tipo di particella che è già stata prevista: il cosiddetto assione. I fisici hanno inventato questa particella teorica per risolvere alcuni problemi con la nostra comprensione quantistica della forte forza nucleare.
Presumibilmente questa particella apparve nell'universo primordiale, ma è stata "in agguato" in background mentre altre forze e particelle controllavano la direzione dell'universo. E ora è il turno dell'assione ...
Anche così, non abbiamo mai rilevato un assione, ma se questi calcoli sono corretti, significa che l'assione è là fuori, riempiendo l'universo e il suo campo quantico. Inoltre, questo ipotetico assione si sta già rendendo evidente modificando la quantità di energia oscura nel cosmo. Quindi potrebbe essere che anche se non abbiamo mai visto questa particella in laboratorio, sta già alterando il nostro universo su scale molto grandi.
