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L’Universo ‘neonato’ aveva la forma di uno ‘spaghetto’

Può l’Universo essersi originato da una unica dimensione spaziale? A questa domanda stanno cercando di rispondere un gruppo di ricercatori dell’Università di Buffalo guidati dal fisico teorico Dejan Stojkovic che hanno proposto una teoria nel 2010, detta della “sparizione delle dimensioni”.

Gli scienziati hanno proposto un modello in cui l’Universo, emerso da una singolarità iniziale “puntiforme”, ebbe, nelle sue primissime fasi inziali, una singola dimensione spaziale, come una linea retta o uno spaghetto, prima di espandersi in una sorta di piano, a due dimensioni, per poi diventare tridimensionale così come lo osserviamo oggi. Questa teoria, detta della “sparizione delle dimensioni”, potrebbe risolvere alcune questioni fondamentali della fisica delle particelle. Secondo Stojkovic e Jonas Mureika le onde gravitazionali non possono esistere in uno spazio ad una o a due dimensioni. A causa di ciò, essi affermano che l’interferometro LISA potrebbe non rivelare alcuna traccia di onde gravitazionali che si ritiene, invece, possano propagarsi durante le primissime fasi della storia dell’Universo. La teoria delle “dimensioni che evolvono nel tempo” potrebbe così rappresentare una chiave di svolta alternativa verso la comprensione del cosmo. L’idea è che la dimensionalità dello spazio dipende proprio dalle dimensioni dello spazio che stiamo osservando, in altre parole a spazi più piccoli corrispondono un minimo numero di dimensioni spaziali. Ciò vuol dire che dovrebbe emergere una quarta dimensione, se non lo ho ha già fatto, man mano che l’Universo continua ad espandersi. La teoria suggerisce, inoltre, che lo spazio debba contenere poche dimensioni spaziali ad altissime energie, del tipo di quelle che sono associate, appunto, con le primissime fasi iniziali della storia cosmica, subito dopo il Big Bang.

Se tutto questo si dimostrerà vero, Stojkovic e colleghi potrebbero essere in grado di risolvere alcuni problemi con il modello standard delle particelle e i seguenti punti chiave:

1) L’incompatibilità tra la meccanica quantistica e la relatività generale, la prima che descrive l’Universo infinitamente piccolo e la seconda che descrive l’Universo infinitamente grande. Attualmente, le due teorie sono incompatibili ma se consideriamo le scale del microcosmo, quando le dimensioni spaziali diventano minime, le discrepanze matematiche potrebbero scomparire (vedasi Idee sull’Universo).

2) Il mistero dell’espansione accelerata dell’Universo di cui non è nota la sua causa e origine. La presenza di nuove dimensioni spaziali, man mano che l’Universo si espande, potrebbe spiegare questa enigmatica accelerazione. Secondo Stojkovic, una quarta dimensione potrebbe essere già emersa sulle più grandi scale cosmologiche.

3) La necessità di alterare la massa del bosone di Higgs. Per completare il quadro generale, il modello standard delle particelle elementari prevede l’esistenza del bosone di Higgs, nota anche come la “particella di dio”, che spiegherebbe il meccanismo mediante il quale le particelle acquisiscono la massa. Ma per spiegare in maniera accurata i fenomeni del mondo fisico, i fisici devono “artificialmente aggiustare” la massa del bosone di Higgs per quelle interazioni tra le particelle che avvengono a valori elevati di energia. Se lo spazio è caratterizzato da dimensioni spaziali minime ad alte energie, la necessità di eseguire tali modifiche alla massa del bosone di Higgs potrebbe non essere più necessaria.

Stiamo cambiando il punto di vista, stiamo spostando il problema, dato che l’estensione dell’estensione di idee già esistenti potrebbe non dare la giusta soluzione al problema. Dobbiamo considerare la possibilità che ci sia qualcosa di sbagliato nelle nostre idee sull’Universo. Dunque, da qui la necessità di introdurre qualcosa di nuovo e radicale” dice Stojkovic. Anche se passeranno molti anni prima che gli scienziati possano avere una prova a favore, o meno, delle loro idee c’è comunque qualche evidenza sperimentale che punta alla possibile esistenza di uno spazio con poche dimensioni spaziali. In particolare, gli scienziati hanno osservato che i raggi cosmici, che hanno energie superiori a 1 TeV (tera elettronvolt), cioè quei valori tipici dell’energia associati alle fasi iniziali della storia dell’Universo, sarebbero caratterizzati da un flusso che sembra essere “allineato su un piano”. Ma allora se valori di alta energia corrispondono ad uno spazio a dimensioni minime, così come propone la teoria di Stojkovic, i ricercatori di LHC dovrebbero osservare una diffusione (scattering) a due dimensioni. Insomma, una possibile evidenza sperimentale di questi eventi esotici potrebbe dare ragione alle idee di Stojkovic.

ArXiv: Detecting Vanishing Dimensions Via Primordial Gravitational Wave Astronomy

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bosone di Higgs | espansione accelerata universo | meccanica quantistica | modello standard | onde gravitazionali | particelle | raggi cosmici | relatività generale

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