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Una possibile spiegazione dell’energia scura con il modello ‘camaleonte’

E’ a tutti noto che il 73% circa del contenuto massa-energia dell’Universo è costituito da quella che gli scienziati chiamano energia scura, la componente dominate e più enigmatica di cui ignoriamo ancora la sua vera origine e natura. Gli scienziati ritengono, inoltre, che essa sia la causa che determina l’espansione accelerata dell’Universo. I dati che gli astronomi hanno attualmente a disposizione sembrano essere consistenti con la densità dell’energia del vuoto, la famosa costante cosmologica introdotta da Albert Einstein nelle sue equazioni, così come esistono modelli alternativi che tentano di spiegare il concetto di questa misteriosa componente (vedasi Enigmi Astrofisici).

Secondo uno studio pubblicato di recente ad opera di Amol Upadhye del Kavli Institute for Cosmological Physics, dal punto di vista qualitativo l’energia scura potrebbe differenziarsi dalla costante cosmologica in uno o in due modi diversi. Infatti, si ritiene che la sua densità di energia potrebbe evolvere di un fattore uno verso il tempo cosmico più recente o potrebbe accoppiarsi con le ben note particelle elementari in maniera molto più efficiente rispetto alla gravità, assumendo, però, che questa ‘quinta forza’ risultante possa essere misurata localmente. Ora, nel caso di campi scalari dinamici, descritti dalle versioni più semplici dei modelli che tentano di spiegare l’energia scura, è stato trovato che esistono vari meccanismi che eludono gli esperimenti di laboratorio ma anche nello spazio ed in particolare in prossimità del Sistema Solare. Nel cosiddetto ‘modello camaleonte’, un qualche tipo di auto interazione non lineare causa un aumento della massa effettiva del campo scalare in un ambiente ad elevata densità e ciò implica una riduzione della lunghezza scala sulla quale la ‘quinta forza’ può operare. Il campo scalare ‘galileone’, che è invariante rispetto alle trasformazioni galileiane (arXiv), possiede una energia cinetica non regolare che si separa dalla materia a valori elevati della densità di energia. Il ‘simmetrone’, invece, è un campo scalare canonico il cui effettivo potenziale risulta simmetrico scambiando i segni. Nelle regioni a bassa densità, la simmetria viene a mancare spontaneamente e gli effettivi accoppiamenti sono proporzionali al valore aspettato del vuoto (vacuum expected value, VEV). A valori più elevati della densità, la simmetria viene conservata, il valore VEV diventa nullo e l’accoppiamento svanisce. Se la densità del vuoto di laboratorio è abbastanza bassa da permettere al simmetrone di entrare nella sua fase di mancata simmetria, allora il campo medierà una ‘quinta forza’ tra gli oggetti massicci nel vuoto che può essere verificata sperimentalmente. Per fare ciò, i fisici devono elaborare esperimenti particolari in cui la gravità sia analizzata su scale molto piccole e uno strumento d’indagine potrebbe essere il pendolo di torsione di Eöt-Wash. Insomma, pare che il modello dell’energia scura che preveda l’esistenza del simmetrone sia alquanto intrigante. Esso prevede, inoltre, che la/le quinta/quinte forza/forze tra oggetti massicci sia/siano mascherata/mascherate attraverso la conservazione di un principio di simmetria per valori elevati della densità di energia. Dato che i simmetroni danno luogo al sorgere di quinte forze su distanze dell’ordine di 0,1mm, esse possono essere rivelate dagli esperimenti attualmente in corso. Infine, i valori ottenuti dagli esperimenti potranno essere utilizzati come limiti per migliorare in futuro le simulazioni numeriche e analizzare i dati degli esperimenti Eöt-Wash di prossima generazione.

arXiv: Unveiling Chameleons in Tests of Gravitational Inverse-Square Law

arXiv: Symmetron dark energy in laboratory experiments
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