Materia oscura e inflazione cosmica: le sfide della fisica contemporanea

Le recenti scoperte del bosone di Higgs e delle onde gravitazionali aprono nuovi campi di indagine per la fisica contemporanea. Dopo aver confermato i fenomeni rispettivamente ipotizzati da Brout, Englert e Higgs nel 1964 e da Einstein nel 1916, oggi la speranza comune dei ricercatori è poter scoprire fenomeni quali la materia oscura e l’origine dell’inflazione. Come afferma Guido Tonelli, uno dei protagonisti della scoperta del bosone di Higgs al Cern di Ginevra, in un articolo pubblicato su Galileo:
 
“Sappiamo che circa un quarto dell’Universo è costituito da enormi strutture di materia nonluminosa che tengono assieme i grandi ammassi. Le stesse galassie a spirale, come la nostra via Lattea, oltre alla materia visibile – stelle, polveri e il grande buco nero che quasi sempre sta al centro della spirale – contengono enormi quantità di un altro ingrediente non meglio identificato. Se così non fosse, le stelle periferiche non potrebbero muoversi alla velocità osservata, ma dovrebbero essere molto più lente. Conclusione: una forma di materia invisibile, inspiegabile, che non fa luce e che viene perciò chiamata «oscura», avvolge completamente le galassie, riempie tutto lo spazio che occupano e le circonda, su dimensioni enormi, con una specie di gas pesante e sottile la cui composizione ci è completamente sconosciuta. Nessuna delle particelle note, descritte dal Modello Standard è in grado di spiegare questo fenomeno e le ricerche dirette di particelle esotiche, che potrebbero invece farlo, non hanno, per ora, prodotto risultati. Un grosso aiuto a questa indagine potrebbe venire dai nuovi studi sul bosone di Higgs. Si pensa di produrne centinaia di milioni, in condizioni controllate, per misurarne con grande precisione tutte le caratteristiche. Questa particella così speciale interagisce infatti con tutte le altre particelle, sia quelle note che quelle non ancora scoperte. Se si trovasse la più piccola delle anomalie, ecco che avremmo l’evidenza indiretta che c’è un altro mondo al di fuori del Modello Standard. Lì potremmo trovare spiegazioni all’enigma delle particelle che compongono la materia oscura e forse avremmo indicazioni sulla regione di energia in cui cercarle. Sappiamo anche che il nostro Universo è nato da una minuscola “bollicina” di dimensioni infinitesime, che si è espansa in modo ultra-rapido. Un oggetto di proporzioni insignificanti che è diventato macroscopico e di dimensioni gigantesche in un tempo ridicolmente piccolo. È il fenomeno che chiamiamo inflazione cosmica. Si pensa che sia stato scatenato da una particella scalare, simile al bosone di Higgs, che viene chiamata convenzionalmente inflatone, che si è piazzata nella microscopica fluttuazione quantistica del vuoto da cui è nato il tutto. Per capire esattamente cosa è successo in quei primissimi istanti della nostra storia e identificare l’ inflatone occorreranno nuovi e più raffinati studi per i quali potrebbero venirci in aiuto le onde gravitazionali”
 
“La nascita imperfetta delle cose: le nuove sfide della fisica contemporanea” sarà una delle grandi conferenze di Futuro Remoto 2016 che vedrà l’intervento di Guido Tonelli.
 
Secondo voi quali saranno le sfide della fisica contemporanea? Quali altri fenomeni ancora oscuri potremmo capire?

*L’immagine in evidenza è ripresa da Flickr