L’Universo sull’orlo di un precipizio

Più osserviamo l’Universo e più ci appare strano. Oggi, fisici e astronomi sono impegnati ad affrontare tutta una serie di ostacoli per comprendere alcuni aspetti sull’origine e il contenuto dell’Universo. Qui di seguito, esaminiamo con l’aiuto di alcuni scienziati cinque problematiche che sembrano inspiegabili e ci chiediamo che cosa si cela dietro di essi.

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SMASH, un ‘frullatore’ di teorie

Cinque dei più grandi problemi della fisica fondamentale potrebbero essere risolti in un solo colpo. È quanto emerge da uno studio guidato da Guillermo Ballesteros dell’Università di Paris-Saclay in Francia e collaboratori che propongono un nuovo modello, denominato SMASH e basato sul modello standard della fisica delle particelle elementari, per spiegare la materia scura, l’oscillazione del neutrino, la bariogenesi, l’inflazione cosmica e la simmetria carica-parità (CP).

Un cognac per la SUSY

Uno dei principali obiettivi dei teorici, la supersimmetria o, in breve, SUSY, acronimo che sta per SUper SYmmetry, indica nella fisica delle particelle una teoria, estensione del modello standard, che individua una simmetria secondo cui ad ogni fermione e ad ogni bosone corrispondono, rispettivamente, un bosone e un fermione di uguale massa. Nonostante alcuni scienziati abbiano già scommesso che la rivelazione delle particelle supersimmetriche sia proprio una questione di tempo, può succedere che qualche fisico faccia un passo indietro. È il caso di Nima Arkani-Hamed, un teorico dell’Institute for Advanced Study (IAS) di Princeton, che partecipando ad una conferenza, tenutasi di recente a Copenhagen, ha donato una bottiglia di cognac, del valore di 1000 corone (circa 130 euro), a Poul Damgaard, direttore del Niels Bohr International Academy, uno dei vincitori della scommessa. Già, ma di quale scommessa si tratta?

La ‘nuova’ fisica che non c’è

Nonostante il segnale a 125 GeV, associato al bosone di Higgs, sia apparso ad un livello più significativo nei dati del Run-2, tuttavia alla 38° Conferenza Internazionale della Fisica delle Alte Energie, che si è appena conclusa a Chicago, non è emerso alcun risultato che possa fornire indizi di una ‘nuova’ fisica. Gli scienziati hanno presentato oltre un centinaio di risultati che si riferiscono agli ultimi esperimenti realizzati al Large Hadron Collider (LHC) nel 2015. Tra questi, anche una prima serie di dati ottenuti quest’anno al nuovo livello di energia di 13 TeV. In breve, i fisici che lavorano agli esperimenti ATLAS e CMS escludono il segnale a 750 GeV, considerato una fluttuaziona statistica, mentre non esistono tracce di gluini, ipotetiche particelle previste dalla supersimmetria, fino a 1,9 TeV. Dunque, sembra proprio che il modello standard resista ad ogni tentativo di falsificazione.

Loop vs stringa: due facce della stessa medaglia?

Sono passati circa 80 anni da quando gli scienziati si sono resi conto della difficoltà di conciliare la teoria della gravità con la meccanica quantistica e questo tentativo rimane ancora incompiuto. Tuttavia, da qualche decade i fisici hanno provato ad aggirare il problema proponendo due formulazioni ben distinte, e cioè la teoria delle stringhe e la gravità quantistica a loop, che sono considerate ampiamente incompatibili dai rispettivi sostenitori. Oggi, però, alcuni scienziati affermano che l’unica strada da perseguire è quella di unire gli sforzi poichè i due modelli matematici, forse i migliori candidati per una “teoria del tutto”, potrebbero essere in definitiva due facce della stessa medaglia.

GUT, la necessità di unificare la fisica

La fisica delle particelle ha fatto grandi passi durante gli anni ’70. Gli Stati Uniti e l’Europa videro la realizzazione di nuovi acceleratori da cui emersero particelle inaspettate che i teorici tentarono di spiegare, predicendo anche l’esistenza di altre particelle a cui dare la caccia. Il risultato fu quello che oggi è noto come modello standard delle particelle elementari e delle interazioni, una teoria che si può considerare come una sorta di catalogo dei bit fondamentali della materia e delle forze che li governano.

Il ‘cugino’ più pesante del bosone di Higgs

Nel periodo in cui Fabiola Gianotti prende il timone alla guida del CERN in qualità di nuovo Direttore Generale, in carica dal 1° Gennaio 2016, abbiamo di recente letto sul web la notizia secondo cui i fisici che lavorano al Large Hadron Collider (LHC) avrebbero scoperto una “nuova particella” che potrebbe essere considerata una sorta di “fratello maggiore e più pesante” del bosone di Higgs, quest’ultimo considerato solamente una sorta di figlio unico. Ma se si troverà davvero un’altra particella come Higgs, allora dovremo necessariamente riscrivere le nostre teorie per formulare un’idea migliore delle regole che governano il nostro Universo. Facciamo, però, notare che abbiamo detto “se si troverà”: forse è arrivato il momento di fermarci un attimo e di analizzare più da vicino ciò che hanno trovato gli scienziati e ciò che non hanno detto.

Idee sulla materia scura

È passato quasi un secolo da quando negli anni ‘30 un astronomo di origine svizzera, Fritz Zwicky, utilizzò per la prima volta il termine “materia scura”, quell’enigmatica componente che costituisce circa un quarto del contenuto materia-energia dell’Universo e che finora sfugge a qualsiasi spiegazione scientifica. I fisici possono misurare i suoi effetti gravitazionali sul moto delle galassie e degli altri oggetti celesti ma ciò di cui è fatta rimane ancora un mistero. Per arrivare ad una soluzione, gli scienziati hanno introdotto diverse ipotesi e un modo univoco per ognuna di esse allo scopo di rivelare le particelle che la compongono. Alcune idee sono emerse a seguito di una serie di tentativi per risolvere altri problemi di fisica fondamentale, altre stanno spingendo i limiti della nostra conoscenza verso ciò che si ritiene possa essere, o non essere, in definitiva la materia scura. Dunque, la domanda è: cosa potrebbe essere la materia scura? Vediamo qui di seguito un breve stato dell’arte sulle particelle maggiormente candidate.

L’eterna vita del protone

Tutto ciò che ci circonda è fatto di atomi, persino noi stessi, e tutti quegli atomi sono fatti di tre costituenti: protoni, neutroni ed elettroni. Protoni e neutroni sono molto simili, essendo composti dagli stessi quark, particelle ancora più piccole, e hanno quasi esattamente la stessa massa. Tuttavia, i neutroni sono in qualche modo differenti dai protoni: essi non sono stabili perché al di fuori di un nucleo atomico, dopo qualche minuto decadono in altre particelle. E’ possibile che i protoni abbiano un tempo di decadimento finito, seppur lungo?

LHC, un segnale che fa ‘traballare’ il modello standard

Un segnale interessante rivelato al Large Hadron Collider (LHC) potrebbe rappresentare il crack del modello standard, l’attuale, migliore descrizione del mondo delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali. I risultati sono riportati su Physical Review Letters.