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Come ti peso le particelle nell’Universo primordiale

Secondo alcuni modelli l’energia scura, quell’enigmatica componente responsabile dell’espansione accelerata dell’Universo, è un campo scalare che evolve su tempi scala cosmologici. Ciò vuol dire che alcune quantità fondamentali correlate alle forze e alle masse dovevano essere diverse molto tempo fa. Tuttavia, una nuova analisi dello spettro di un quasar molto distante non trova evidenze di deviazioni nelle righe molecolari prodotte 12 miliardi di anni fa, il che implica che non c’è stato alcun cambiamento nel rapporto tra la massa del protone e quella dell’elettrone, con una precisione di una parte su un milione.
La misura di eventuali variazioni nelle costanti fondamentali attraverso la storia cosmica viene effettuata analizzando la luce di un quasar distante assorbita dalle galassie interposte lungo la linea di vista a differenti distanze temporali. L’anno scorso, un altro gruppo di ricercatori ha utilizzato questo metodo e i dati dei telescopi VLT, Keck e Subaru per cercare possibili variazioni nella costante di struttura fine. Credit: Swinburne Astronomy Productions

Secondo questa interpretazione, l’energia scura sarebbe un campo scalare che permea tutto lo spazio, simile al campo di Higgs. Questo campo scalare interagirebbe con altre particelle e queste interazioni potrebbero influenzare delle quantità fondamentali modificandole man mano che il campo scalare evolve nel tempo. Dunque, per verificare tale variazione, gli scienziati devono osservare dei corpi celesti molto distanti per analizzare la loro luce emessa miliardi di anni fa.

Il grafico illustra l’andamento non-relativistico dei parametri relativi alla densità di massa Ωm e alla densità di energia scura ΩΛ in funzione del redshift, con l’asse superiore che corrisponde al tempo cosmologico. I dati relativi alla quantità ∆µ/µ (dove µ è il rapporto massa protone/elettrone) derivati dalle misure delle righe di assorbimento dell’idrogeno molecolare H2 sono rappresentati dai cerchi. Credit: J. Bagdonaite et al. 2015

Ora, nel caso del rapporto relativo alla massa protone/elettrone, gli astronomi osservano gli eventuali spostamenti in lunghezza d’onda a cui le molecole assorbono la luce. La maggior parte delle molecole possono essere osservate solamente negli oggetti relativamente vicini ma la molecola dell’idrogeno H2 è talmente abbondante che può essere osservata da distanze enormi. Wim Ubachs della VU University Amsterdam in Olanda e colleghi hanno analizzato lo spettro di un quasar molto distante (J1443+2724) identificando le righe di assorbimento dell’idrogeno molecolare dovuto ad una galassia interposta lungo la linea di vista che risale ad una epoca in cui l’Universo aveva una età di 1,5 miliardi di anni. Le righe non mostrano alcun spostamento, rispetto al normale redshift, rispetto ai valori misurati in laboratorio il che permette di porre un limite superiore, dell’ordine di alcune parti per milione, sulla variazione del rapporto delle masse protone/elettrone. Dunque, questi risultati implicano che il campo scalare dell’energia scura, se esiste, è cambiato molto poco nel corso degli ultimi 12,4 miliardi di anni. Ma non è la fine della storia. Secondo Bagdonaite trovare delle variazioni con un livello di precisione di una parte su un miliardo potrebbe essere ancora più eccitante e perciò gli sforzi per migliorare queste misure rispetto ai limiti attuali continueranno senza alcun dubbio.

APS: Particle Weighing in the Early Universe
Physical Review Letters: Constraint on a Varying Proton-Electron Mass Ratio 1.5 Billion Years after the Big Bang
arXiv: A constraint on a varying proton--electron mass ratio 1.5 billion years after the Big Bang