GRAVITA' VS CAMPO DI HIGGS

Quella forza che salvò l’Universo

In un recente studio pubblicato su Physical Review Letters, un gruppo di fisici europei descrivono come la curvatura dello spaziotempo, ossia la gravità, fornì quella stabilità necessaria per controbilanciare l’espansione cosmica durante le fasi primordiali, permettendo così all’Universo di proseguire la sua evoluzione e di non collassare in un Big Crunch.

Dopo la scoperta avvenuta al CERN nel 2012, una serie di studi successivi hanno suggerito che la produzione delle particelle di Higgs durante l’inflazione cosmica, cioè quel periodo di rapida espansione esponenziale avvenuto immediatamente dopo il Big Bang e che diede forma e volume allo spazio, avrebbe dovuto portare ad una certa instabilità facendo collassare l’Universo. L’esistenza, infatti, del bosone di Higgs implica che l’Universo risieda in una sorta di “valle”, quella che viene chiamata campo di Higgs, che descrive il modo con cui le particelle acquisiscono massa. Tuttavia, esiste un’altro avvallamento, molto più profondo, che viene “evitato” dal nostro Universo grazie alla presenza di una enorme barriera di energia. Dunque, gli scienziati hanno cercato di capire il perché l’Universo non è collassato perciò sono state introdotte tutta una serie di ipotesi che implicherebbero l’esistenza di un qualche nuovo processo fisico ancora sconosciuto.

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Il nostro Universo risiede in una “valle” che definisce il comportamento del bosone di Higgs. Esiste, però, una valle ancora più profonda che impedisce all’Universo di entrarvi a causa di una grande “collina” (barriera di energia). Credit: Robert Hogan, Kings College London

Ma i fisici dell’Imperial College di Londra, assieme ai colleghi delle università di Copenaghen ed Helsinki, ritengono che possa esistere una spiegazione più semplice. I ricercatori sono partiti dal considerare l’interazione tra il campo di Higgs e la gravità e come quest’ultima varia in funzione dell’energia. Nel loro articolo, essi affermano che anche la minima interazione (Higgs-gravità) sarebbe stata sufficiente per rendere stabile l’Universo, evitando così un Big Crunch.

”Il modello standard della fisica fondamentale, che gli scienziati utilizzano per descrivere le proprietà e le interazioni delle particelle elementari, non ha finora fornito una spiegazione al perché l’Universo non subì un collasso gravitazionale subito dopo il Big Bang”, ha dichiarato il professor Arttu Rajantie del Dipartimento di Fisica dell’Imperial College London e co-autore dell’articolo. “Lo scopo della nostra ricerca è quello di studiare l’ultimo parametro sconosciuto del modello standard, ossia l’interazione tra il campo di Higgs e la forza di gravità. Questo parametro non può essere determinato dagli esperimenti che vengono realizzati presso gli acceleratori di particelle, ma ha un enorme effetto sull’instabilità di Higgs proprio durante il periodo dell’inflazione cosmica. Pensiamo che anche una interazione relativamente piccola possa essere sufficiente per spiegare la sopravvivenza del nostro Universo senza introdurre necessariamente una nuova fisica”.

Il passo successivo sarà ora quello di proseguire gli studi raccogliendo nuovi dati cosmologici in modo da analizzare più in dettaglio questa interazione e spiegare quale effetto abbia avuto per l’evoluzione dell’Universo durante le primissime fasi della sua storia. In particolare, gli astronomi utilizzeranno i dati delle attuali e future missioni spaziali dell’ESA sulla radiazione cosmica di fondo e le onde gravitazionali.

“Il nostro obiettivo è quello di misurare l’interazione tra il campo di Higgs e la gravità utilizzando i dati cosmologici. Se saremo in grado di farlo, avremo ottenuto l’ultimo parametro del modello standard della fisica e saremo più vicini a dare delle risposte al perché siamo arrivati fin qui”, conlcude Rajantie.


Physical Review Letters: M. Herranen, T. Markkanen, S. Nurmi, and A. Rajantie – Spacetime Curvature and the Higgs Stability During Inflation

arXiv: Spacetime curvature and the Higgs stability during inflation