La danza delle stelle ha forse trovato una spiegazione (un commensale affamato)

 (Nasa)

Oggetti che passano davanti a sorgenti luminose modificano l’intensità della luce prodotta da queste ultime, come accade ad esempio durante una eclisse solare per il passaggio della luna che si frappone tra noi e il sole. Bene, se ci fossero oggetti ruotanti attorno alle stelle, non saremmo forse in grado di osservare i possibili pianeti presenti ma potremmo assistere a una “danza” della luce emessa da quei soli lontani, analizzando – come si dice –  il loro spettro luminoso.

Una presenza aliena? 

Ora, un campione di 236 stelle di un catalogo stellare particolare, una sorta di cartografia digitale del cielo ottenuta mediante il progetto SDSS, lo Sloan Digital Sky Survey, si comporta in modo strano: lo spettro di queste stelle oscilla con una modulazione periodica, similmente all’effetto di qualcosa che corra davanti ad esse a elevata velocità. Tempo fa, qualcuno propose che tale effetto potesse essere imputabile alla presenza di civiltà aliene. Il problema però è che tale oscillazione è compatibile con una velocità di rivoluzione dei pianeti (o di possibili manufatti alieni) confrontabile con quelle della luce, il che fa cadere qualsiasi ipotesi legata alla presenza dei nostri cari  “piccoli omini verdi”. E allora?

Due scienziati italiani (Fabrizio Tamburini, Ignazio Licata per Physica Scripta) hanno avanzato una spiegazione che non è meno affascinante di quella aliena. Non si tratta di una scoperta nel vero senso del termine, come erroneamente riportato in alcuni organi da stampa, bensì di un’ipotesi che spiegherebbe bene il fenomeno osservato e che contemporaneamente potrebbe illuminare il buio di un altro mistero ancora oscuro: la materia appunto... oscura.

La spiegazione della materia oscura

Alzando gli occhi al cielo in una notte stellata, lontano dalla luci della città, rimaniamo affascinati dalla densità delle stelle che ricopre la volta celeste e ci coglie sempre un senso di vertigine, immaginando quanto sia immenso il tutto... E invece, il “tutto” che osserviamo intorno a noi non è che un misero 4.9% del “vero tutto”! Il resto è materia oscura, energia oscura. La prima sarebbe responsabile dell’anomalia riscontrata nella velocità di rotazione periferica delle galassie; la seconda sarebbe responsabile di un effetto ancora più grave, per le conseguenze che potrebbe avere in un futuro lontano: l’accelerazione dell’espansione dell’universo.

La domanda allora è: cosa c’entra l’oscillazione di uno spettro stellare con la velocità di rotazione delle galassie? La risposta, secondo i nostri autori, risiede nell’esistenza – ancora ipotetica – di una particella molto “leggera”, priva di carica e che interagisce molto poco con la materia, chiamata “assione” e che si “accumulerebbe” al centro delle stelle, almeno di una certa frazione del totale di queste, come appunto quelle 236 del catalogo SDSS. L’universo sarebbe “pieno” di queste particelle, create in modo massiccio nei primi istanti dopo il Big Bang.

Cosa succede nell'Universo, spiegato con un panino a tavola

Ciò che si vorrebbe far notare, come in questi caso, è che il legame tra l’infinitamente piccolo e l’infinitamente grande è molto più stretto di quanto si possa soltanto immaginare. Ma la teoria delle particelle elementari, il Modello Standard, aveva proprio bisogno di crearsi un’altra complicazione ipotizzando la presenza di questi assioni? Che cosa sono e che cosa farebbero?

Dobbiamo introdurre il concetto di “simmetria” che tanto peso ha nella fisica dell’infinitamente piccolo (e non solo!). Immaginiamo di sedere a un grande tavolo tondo, con un certo numero di posti (magari si tratta di un evento importante, di una ricorrenza particolare cui siamo stati invitati): tutto è ordinato, simmetrico; nulla è fuori posto. Piatti, posate, bicchieri, piattino col panino già in bella mostra... Ed ecco il problema! Il piattino col panino generalmente è posizionato quasi sempre a metà tra il posto occupato e quello di ciascuno dei due posti adiacenti. Ipotizziamo quindi che il commensale più affamato sia quello che non conosca l’etichetta e che quindi ignori quale sia il proprio “panino di competenza”, quello alla sua sinistra o quello alla sua destra: li vede piazzati in maniera assolutamente simmetrica rispetto al proprio piatto. Le portate tardano e la sua glicemia si abbassa troppo. Decide allora di afferrare il panino... ma quale? Per non fare la fine ingloriosa dell’asino di Buridano, decide quindi con famelica determinazione... Non ha però idea che la sua scelta avrà conseguenze a cascata su tutta la tavolata e per tutti i commensali: sia che scelga quello di sinistra o che decida per quello di destra, egli obbligherà automaticamente tutti gli altri a effettuare la medesima scelta. Il nostro affamato personaggio ha pertanto... “rotto, violato una simmetria”!

Come si traduce questo nell'Universo

Ora, nello strano mondo delle particelle c’è una simmetria veicolata da tre grandezze particolari (in realtà sarebbe più giusto parlare di “operatori”): la carica C, quella che trasforma una particella nella sua antiparticella (o nell’antimateria della particella); la parità P, che attribuisce “dignità” alla particella che appare “dentro” a uno specchio quando poniamo la particella originaria davanti a quest’ultimo; il tempo T che può andare avanti o indietro.

La simmetria CPT garantirebbe che l’universo che vive in uno specchio (– P), tutto composto di antimateria (– C) e che va indietro nel tempo (– T) ha pari dignità e quindi evolverà esattamente come il nostro, che invece è fuori dallo specchio (P), è fatto di materia ordinaria (C) e va avanti nel tempo (T). La simmetria CPT stabilisce quindi un principio di conservazione, un po’ come quelli che abbiamo studiato a scuola, i più noti dei quali sono il principio di conservazione dell’energia e della quantità di moto. Per inciso, vorrei qui sottolineare il lavoro di una grandissima matematica, Emmy Noether, di cui molti non sanno, che stabilì nel 1915, con un teorema che porta il suo nome, un principio cardine che ha conseguenze straordinarie nel mondo della fisica: l’equivalenza fra leggi di simmetria e leggi di conservazione.

La fame del commensale e le le interazioni atomiche

Le simmetrie potrebbero essere anche una combinazione di due dei tre operatori descritti più sopra. Per esempio, la simmetria CP, cioè una simmetria tra la carica (C) e la parità di una particella di materia (P) e quella corrispondente che vive nello specchio (– P), fatta però di antimateria (– C). E qui arriva il problema!... Già perché, un po’ come il nostro commensale affamato, la simmetria CP mostra una violazione nel mondo delle interazioni nucleari (per la descrizione delle quattro interazioni fondamentali, rimando a un mio precedente articolo)...

E se la violazione della simmetria del tavolo di cui sopra l’abbiamo potuta spiegare con la fame inestinguibile del povero invitato, come possiamo spiegare la violazione della simmetria CP? Risposta a questo punto scontata: introducendo la particella “incriminata” assione (che di natura è un bosone, come lo è quello di Higgs).

Come si produce la danza delle stelle

Come si accorda la “necessità” dell’esistenza dell’assione con la materia oscura? Si ipotizza che questa sia in parte formata da assioni, quelli primordiali “condensati e freddi” che dovrebbero permeare tutto l’universo... la cui presenza potrebbe essere proprio rilevata nell’area in cui si addenserebbero maggiormente, cioè nel cuore di alcune stelle, producendo una sorta di “danza” con altre particelle materiali che avrebbero l’effetto di far oscillare rapidamente lo spettro luminoso degli astri corrispondenti.

È solo un’ipotesi, dicevamo, anche se coerente ed elegante. Le domande generano sempre altre domande e la soluzione di un mistero ne produce un altro. Finché non avremo prove sperimentali a “sigma cinque” (certezza della scoperta), tutte le idee saranno bene accolte e avranno una propria dignità.

A pensarci bene, ricorrendo al grande scrittore di fantascienza Douglas Adams, per quanto riguarda la domanda fondamentale sulla vita, l’universo e tutto quanto, la sigma cinque ce l’ha ancora soltanto la relativa risposta prodotta dal supercomputer “Pensiero Profondo”: 42... Sarà 42 la risposta a tutto? Mmh... mi piace pensare possa essere semplice. Non così semplice...

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