L'universo primordiale aveva solo una dimensione spaziale? Questo è il concetto da capogiro al centro di una teoria che il fisico Dejan Stojkovic dell'Università di Buffalo e colleghi hanno proposto nel 2010. Hanno suggerito che l'universo primordiale - che è esploso da un singolo punto e all'inizio era molto, molto piccolo - era monodimensionale (come una linea retta) prima di espandersi per includere due dimensioni (come un piano) e poi tre (come il mondo in cui viviamo oggi).
La teoria, se valida, affronterebbe importanti problemi di fisica delle particelle.
Ora, in un nuovo articolo su Physical Review Letters, il fisico Jonas Mureika della Stojkovic e della Loyola Marymount University descrivono un test che potrebbe provare o confutare l'ipotesi delle "dimensioni che svaniscono".
Poiché la luce e le altre onde impiegano tempo a viaggiare sulla Terra, i telescopi che scrutano nello spazio possono, essenzialmente, guardare indietro nel tempo mentre sondano i confini esterni dell'universo.
Le onde gravitazionali non possono esistere nello spazio unidimensionale o bidimensionale. Quindi Stojkovic e Mureika hanno ragionato sul fatto che l'antenna spaziale per interferenze laser (LISA), un osservatorio gravitazionale internazionale pianificato, non dovrebbe rilevare eventuali onde gravitazionali emesse dalle epoche di dimensione inferiore dell'universo primordiale.
Stojkovic, un assistente professore di fisica, afferma che la teoria delle dimensioni in evoluzione rappresenta uno spostamento radicale dal modo in cui pensiamo al cosmo - su come il nostro universo è diventato.
L'idea di base è che la dimensionalità dello spazio dipende dalla dimensione dello spazio che stiamo osservando, con spazi più piccoli associati a minori dimensioni. Ciò significa che una quarta dimensione si aprirà, se non lo è già, mentre l'universo continua ad espandersi.
La teoria suggerisce anche che lo spazio ha meno dimensioni a energie molto elevate del tipo associato con il primo universo post-big bang.
Se Stojkovic e i suoi colleghi hanno ragione, aiuteranno ad affrontare i problemi fondamentali con il modello standard di fisica delle particelle, tra cui:
L'incompatibilità tra meccanica quantistica e relatività generale. La meccanica quantistica e la relatività generale sono strutture matematiche che descrivono la fisica dell'universo. La meccanica quantistica è brava a descrivere l'universo su scale molto piccole, mentre la relatività è brava a descrivere l'universo su larga scala. Attualmente, le due teorie sono considerate incompatibili; ma se l'universo, ai suoi livelli più piccoli, avesse meno dimensioni, le discrepanze matematiche tra i due quadri scomparirebbero.
I fisici hanno osservato che l'espansione dell'universo sta accelerando e non sanno perché. L'aggiunta di nuove dimensioni man mano che l'universo cresce spiegherebbe questa accelerazione. (Stojkovic afferma che una quarta dimensione potrebbe essere già stata aperta su larga scala cosmologica.)
Il modello standard della fisica delle particelle prevede l'esistenza di una particella elementare non ancora scoperta chiamata bosone di Higgs. Affinché le equazioni nel modello standard descrivano accuratamente la fisica osservata nel mondo reale, tuttavia, i ricercatori devono regolare artificialmente la massa del bosone di Higgs per le interazioni tra particelle che avvengono ad alte energie. Se lo spazio ha meno dimensioni ad alte energie, la necessità di questo tipo di "sintonizzazione" scompare.
"Ciò che stiamo proponendo qui è un cambiamento di paradigma", ha detto Stojkovic. "I fisici hanno lottato con gli stessi problemi per 10, 20, 30 anni, ed è improbabile che estensioni dirette delle idee esistenti possano risolverli."
"Dobbiamo tener conto della possibilità che qualcosa sia sistematicamente sbagliato nelle nostre idee", ha continuato. "Abbiamo bisogno di qualcosa di radicale e nuovo, e questo è qualcosa di radicale e nuovo".
Poiché il previsto dispiegamento di LISA è ancora lontano anni, potrebbe passare molto tempo prima che Stojkovic ei suoi colleghi siano in grado di testare le loro idee in questo modo.
Tuttavia, alcune prove sperimentali indicano già la possibile esistenza di spazio di dimensione inferiore.
In particolare, gli scienziati hanno osservato che il flusso di energia principale delle particelle di raggi cosmici con energie superiori a 1 teraelettrone volt - il tipo di alta energia associata all'universo primordiale - sono allineati lungo un piano bidimensionale.
Se le alte energie corrispondono allo spazio di dimensione inferiore, come propone la teoria delle "dimensioni evanescenti", i ricercatori che lavorano con l'acceleratore di particelle di Large Hadron Collider in Europa dovrebbero vedere la dispersione planare di tali energie.
Stojkovic afferma che l'osservazione di tali eventi sarebbe "un test molto eccitante e indipendente delle nostre idee proposte".
Fonti: EurekAlert, lettere di revisione fisiche.
