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Planck avvalora l’origine quantistica dell’Universo

Tra le varie notizie che stanno emergendo dagli ultimi dati di Planck resi pubblici in queste ore, un altro aspetto fondamentale riguarda la conferma, al di là di ogni ragionevole dubbio, della teoria sull’origine quantistica dell’Universo, elaborata negli anni ’80 dal cosmologo Viatcheslav Mukhanov, ora presso la Ludwig-Maximilians-Universität München (LMU).

Mukhanov è noto per una teoria denominata “origine quantistica della struttura dell’Universo”. Formulata tra il 1980 e il 1981 assieme al collega Gennady Chibisov all’epoca presso il Lebedev Physical Institute di Mosca, Mukhanov aveva già predetto lo spettro delle disomogeneità che sono originate dalle fluttuazioni quantistiche primordiali. Oggi, i teorici si chiedono che cosa sia successo esattamente dopo il Big Bang, perché si sono formate le strutture come pianeti, stelle o galassie. Sono solo alcune delle domande a cui sta tentando di rispondere lo scienziato russo con l’aiuto della matematica. Mukhanov è un esperto nel campo della cosmologia teorica ed utilizza la nozione delle cosiddette fluttuazioni quantistiche per costruire una teoria che fornisca un quadro preciso delle primissime fasi evolutive dell’Universo.

Senza quelle minuscole variazioni di densità di energia che si generano dalle minuscole ed inevitabili fluttuazioni quantistiche, non si può spiegare la formazione delle strutture cosmiche che possiamo ammirare oggi sotto forma di stelle o galassie.

Gli ultimi risultati forniti da Planck sulla radiazione cosmica di fondo ci dicono, in sostanza, come appariva l’Universo circa 400 mila anni dopo il Big Bang. Questi risultati sono in completo accordo con le previsioni della teoria di Mukhanov per ciò che riguarda, ad esempio, i suoi calcoli relativi al valore del cosiddetto “indice spettrale” delle disomogeneità iniziali. “I dati di Planck confermano le previsioni in base alle quali le fluttuazioni quantistiche sono all’origine delle strutture cosmiche”, ha commentato Jean-Loup Puget, investigatore principale dello strumento LFI. Mukhanov, che ha pubblicato per primo il suo modello nel 1981, spiega: “Non avrei sperato di meglio nel vedere verificare la mia teoria”. Per Mukhanov, l’idea che le fluttuazioni quantistiche debbano aver giocato un ruolo importante durante le fasi primordiali della storia cosmica è implicita nel principio di indeterminazione di Heisenberg. Ciò implica che la distribuzione iniziale della materia deve esibire inevitabilmente minuscole disomogeneità di densità. I calcoli di Mukhanov hanno dimostrato inizialmente che tali fluttuazioni quantistiche avrebbero dato luogo alle differenze di densità nell’Universo primordiale, che a sua volta avrebbero svolto la funzione di “siti cosmici” per formare quelle strutture che possiamo ammirare oggi sotto forma di galassie e ammassi di galassie.

In realtà, senza fluttuazioni quantistiche, la cui natura ed intensità è stata quantitativamente determinata da Mukhanov, la distribuzione osservata della materia non sarebbe spiegabile.

L’ultima analisi dei dati di Planck risulta più dettagliata e piena di informazioni rispetto a quella precedente pubblicata circa due anni fa. Essa rivela con una precisione senza precedenti le “tracce” impresse dalle fluttuazioni primordiali nella radiazione cosmica di fondo. Gli strumenti come Planck possono registrare questi messaggi da un passato incredibilmente remoto essendo codificati nella radiazione fossile che si sta ancora propagando nello spazio dopo circa 13,8 miliardi di anni. Da questa informazione il team di Planck può ricostruire un quadro dettagliato della distribuzione della materia nel momento in cui è nato l’Universo dopo quasi 400 mila anni dopo il Big Bang.

Inoltre, i dati di Planck confermano che il presunto segnale rivelato da BICEP2 come evidenza di onde gravitazionali primordiali è in realtà dovuto alla polvere interstellare della Via Lattea (post). Ma nella primavera del 2014, Mukhanov aveva già affermato che, se la teoria è corretta, sia Planck che BICEP2 potrebbero non aver ragione entrambi. Tuttavia, quest’ultima analisi congiunta dei dati Planck/BICPE2/Keck ci assicura che il quadro teorico è ben fondato. “Le onde gravitazionali potrebbero essere là fuori”, dice Mukhanov, “ma chiaramente i nostri strumenti non sono ancora abbastanza sensibili per rivelarli”. Insomma, se un giorno saremo in grado di rivelare le onde gravitazionali (forse LIGO potrebbe essere il primo strumento ad avere l’onere e l’onore), nessun modello che tenta di descrivere i primissimi istanti dopo il Big Bang potrà lasciare fuori l’idea che assume un’origine quantistica della struttura di cui è fatto il nostro Universo.

LMU: Late news from the Big Bang
arXiv: CMB, Quantum Fluctuations and the Predictive Power of Inflation
Science Direct: Theory of cosmological perturbations

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