LO STUDIO SU PHYSICAL REVIEW LETTERS

C’era una volta, prima del Big Bang…

Un team di fisici ha simulato ciò che è avvenuto durante il “reheating”, la fase di transizione dall’inflazione cosmica alla zuppa primordiale di quark, antiquark e gluoni del Big Bang inteso come picco di densità e temperatura elevatissime

     30/10/2019
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Crediti: Christine Daniloff, Mit, Esa/Hubble and Nasa

Per essere l’istante dell’inizio di tutto per antonomasia, pare ne siano successe parecchie, di cose, prima del “Big Bang”. Ed è proprio sugli accadimenti avvenuti sulla soglia d’ingresso del Big Bang che si concentra uno studio pubblicato la settimana scorsa su Physical Review Letters.  Avvalendosi di complesse simulazioni su reticoli, un team di fisici guidato da Rachel Nguyen del Kenyon College e David Kaiser del Mit ha ricostruito alcuni significativi effetti non lineari – in particolare, effetti detti di backreaction e di rescattering – avvenuti nella cosiddetta fase di “reheating”: la fase di transizione dall’inflazione cosmica alla zuppa primordiale di quark, antiquark e gluoni dell’hot Big Bang.

Se vi sembra confuso, siete in buona compagnia. E parte dell’ambiguità sta nel ricorso a parole che assumono significati diversi – e diversa posizione nella timeline dell’universo – in base ai contesti e ai modelli di riferimento di chi le usa. Proviamo a fare un minimo di distinzioni, dunque. Se per ‘Big Bang’ si intende la singolarità iniziale dalla quale ha avuto origine tutto – come la grande maggioranza di noi lo intende, scienziati e Wikipedia compresi – è inevitabile che un’eventuale epoca inflazionaria sia a esso successiva, seppur di un intervallo infinitesimale. Ma se con esso ci riferiamo invece a un “tempo zero” di partenza in cui l’universo era caldissimo e densissimo, qualcosa “prima” può essere accaduto. Quest’ultimo è l’orientamento di molti cosmologi, dunque non stupitevi se vi imbattete in teorie e timeline che fanno riferimento a “prima” del Big Bang, magari ricorrendo a un concetto tutt’altro che intuitivo come quello di “tempo negativo”.

Ne è un esempio la timeline dello studio di Nguyen e colleghi: prima l’inflazione cosmica, poi il reheating e buon ultimo l’hot Big Bang. «Il periodo di reheating post-inflazione crea le condizioni per il Big Bang e, in un certo senso, mette il “bang” al Big Bang», spiega infatti Kaiser. «È un periodo ponte in cui si scatena l’inferno e la materia si comporta in modo tutt’altro che semplice».

Modo tutt’altro che semplice studiato, come dicevamo, attraverso simulazioni su reticoli e adottando modelli che si discostano in parte dalla gravità di Einstein per tenere in considerazione gli effetti quantistici previsti a condizioni di energia elevatissima. Ed è proprio in queste modifiche quantistiche imposte, nella simulazione, al comportamento della gravità che sta il risultato principale dello studio: più i loro effetti sono forti, più rapido risulta il reheating – il passaggio dalla “materia” fredda e omogenea dell’inflazione alle assai più calde e diverse forme della materia che sono caratteristiche del Big Bang.

«Quelli del reheating furono tempi folli, durante i quali tutto andò in tilt», conclude Kaiser. «Le nostre simulazioni mostrano che la materia stava interagendo così fortemente, in quel periodo, da potersi poi rilassare altrettanto rapidamente, preparando magnificamente la scena per il Big Bang. Non sapevamo che fosse andata così, ma è ciò che sta emergendo da queste simulazioni, tutte basate sulla fisica nota. Ed è per noi molto emozionante».

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