Di materia oscura ce n’è tanta. Di materia ordinaria (quella che osserviamo), poca. Di antimateria, invece, nulla. Questa è dunque la composizione “materiale” del nostro universo. Ci sono tante ricerche per capire da che cosa sia composta quella oscura. Molte altre per capire perché non ci sia traccia di antimateria, che in origine avrebbe dovuto bilanciare esattamente quella che abita il nostro universo.
Il prestigioso periodico scientifico Physical Review Letters ha pubblicato nelle settimane scorse uno studio teorico che avanza un’ipotesi interessante e molto affascinante per comprendere questa asimmetria (“CPT–Symmetric Universe“, di Latham Boyle, Kieran Finn e Neil Turok).
Anticipo subito che della simmetria CPT (Carica, Parità e Tempo) abbiamo parlato in un articolo dell’agosto 2017, sempre in questo blog: “La danza delle stelle ha forse trovato una spiegazione (un commensale affamato)”. Riportiamo qui per memoria solo uno stralcio affinché sia chiaro di cosa si tratta:
“ (...) 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). (...)”.
Di fatto, lo studio proposto attribuisce questa sorta di simmetria proprio al nostro universo. Anzi, all’universo insieme con il suo antiuniverso! Un antiuniverso in cui il tempo però scorrerebbe a ritroso.
Prima di inoltrarci nel mondo macroscopico, vediamo cosa accade in quello infinitesimo regolato dalla meccanica quantistica e precisamente, nel vuoto.
In realtà, essendo “vuoto”, il vuoto dovrebbe essere privo di ogni cosa, essere l’essenza del “nulla”... e invece, le cose non stanno proprio così.
Già, perché il vuoto non è mai veramente vuoto. Ed è proprio la meccanica quantistica a impedirlo. Per quanto inverosimile possa apparire, il vuoto è palcoscenico di una continua “fluttuazione di fondo” che crea dal nulla coppie di particelle e di antiparticelle definite “virtuali” (tipicamente elettroni e antielettroni, cioè positroni) che vivono il tempo di un guizzo per poi annichilarsi restituendo l’energia che avevano preso in prestito per crearsi dal nulla. E’ il principio di indeterminazione a permetterlo, non legato alle variabili che rappresentano posizione e velocità di una particella (che non possono essere conosciute entrambe contemporaneamente) bensì alle variabili tempo ed energia.
Nonostante i pilastri incrollabili dei principi di conservazione, come quello appunto dell’energia, nel mondo infinitesimo si può essere di manica larga e consentire di chiudere un occhio nel concedere energia, a patto però di restituirla immediatamente. Un po’ come entrare in banca per chiedere, anche senza alcuna garanzia, un prestito di un miliardo di euro che ci verrà concesso subito, senza problemi... a patto di restituirlo prima di uscire dal locale. Si è virtualmente ricchi, per pochi istanti!
L’esistenza di questo ribollire caotico del vuoto è dimostrabile con un apparato sperimentale tutto sommato abbastanza semplice da allestire, tramite un fenomeno chiamato “effetto Casimir”. Ponendo due piastre metalliche parallele molto vicine tra loro in una cella in cui si sia prodotto il vuoto, si osserva che tali piastre sono sottoposte a una forza che le spinge l’una verso l’altra. Questo perché se la distanza tra le piastre è tale da consentire una presenza inferiore di particelle virtuali nel loro spazio interno rispetto a quelle che si creano nello spazio esterno ad esse, l’effetto cumulativo sarà una sorta di “pressione” che dall’esterno spingerà le due piastre verso l’interno, avvicinando di fatto l’una verso l’altra.
Sembrerebbe abbastanza curioso parlare di ciò che avviene nel mondo microscopico quando il tema dominante riguarda l’universo nel suo insieme. Ma ormai abbiamo imparato che molte risposte relative alla grande scala cosmica possono essere ricercate nell’infinitamente piccolo. Esiste infatti una similitudine forte tra il fenomeno della fluttuazione quantistica che può generare particelle e antiparticelle virtuali e la creazione di un universo e del suo antinuniverso, come illustrato nell’articolo. Un articolo che si pone anche altri obiettivi ambiziosi, partendo dalla teoria esposta dagli autori (oltre alla spiegazione della mancanza di antimateria nel nostro universo, prevedendone un altro interamente composto di antimateria): una interpretazione “economica” della materia oscura, postulando l’esistenza della particella di Majorana.
Un altro dei misteri che ancora oggi sono da sondare è l’assenza di rivelazione sperimentale di onde gravitazionali primordiali, prodotte non da collisioni tra buchi neri o tra stelle di neutroni ma dai fenomeni di inimmaginabile potenza verificatisi immediatamente dopo il big bang. Bene, la teoria esposta non prevede che esistano onde gravitazionale a grande lunghezza d’onda. Un banco di prova interessante per stabilire la coerenza interna di questa teoria e la sua validità (nel rispetto di quel “principio di falsificabilità” che dovrebbe accompagnare ogni teoria che si rispetti, come proposto dal filosofo Karl Popper).
Gli ulteriori sviluppi di questa idea originale porteranno anche al più affascinante dei problemi: la freccia del tempo.
Se il piccolo si riflette nel grande e il grande nel piccolo, a questo punto viene di domandarsi: così come le particelle virtuali vengono fuori dal nulla per poi distruggersi subito dopo annichilandosi, il nostro universo e il corrispondente antiuniverso possono essere intesi come “universi virtuali”? Non dimentichiamo che l’universo ha subito nei primissimi istanti iniziali fluttuazioni quantistiche, fluttuazioni che hanno portato poi a questa tipologia di evoluzione cosmologica.
Se davvero tutto viene dal nulla e tutto magari tornerà al nulla, allora l’universo è il più grande banchetto gratuito che sia stato mai immaginato. Resta da chiedersi: fin quando durerà?