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Alessandro Berlingeri

Intervista: Vagnozzi (UniTn) a caccia di gravitoni primordiali per falsificare l’inflazione cosmica

(8 Novembre 2022)

Sunny Vagnozzi del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento.

(30Science.com) ─ Roma, 8 nov. ─ L’inflazione cosmica, il momento nell’infanzia dell’Universo in cui lo spazio-tempo si è espanso in modo esponenziale, e ciò a cui i fisici si riferiscono davvero quando parlano del “Big Bang“, potrebbe, in linea di principio, essere esclusa senza presupposti. Gli astrofisici, dell’Università di Cambridge, dell’Università di Trento e dell’Università di Harvard, hanno affermato che c’è un segnale chiaro e inequivocabile nel cosmo che potrebbe eliminare l’inflazione come possibilità. Il loro articolo, pubblicato su The Astrophysical Journal Letters, ha sostenuto che questo segnale, noto come fondo gravitazionale cosmico (CGB), può essere rilevato in modo fattibile, sebbene rappresenti un’enorme sfida tecnica e scientifica.

Da cosa nasce l’esigenza del periodo dell’inflazione nel modello del Big Bang?

L’inflazione è stata teorizzata per spiegare varie sfide di messa a punto del cosiddetto modello del Big Bang caldo”, ha affermato il primo autore dell’articolo, Sunny Vagnozzi, del Kavli Institute for Cosmology di Cambridge e da poco rientrato in Italia presso l’Università di Trento. “Spiega anche l’origine della struttura nel nostro Universo come risultato delle fluttuazioni quantistiche. Tuttavia, la grande flessibilità mostrata dai possibili modelli di inflazione cosmica che abbracciano un panorama illimitato di risultati cosmologici solleva preoccupazioni sul fatto che l’inflazione cosmica non sia falsificabile, anche se i singoli modelli inflazionistici possono essere esclusi. In linea di principio è possibile testare l’inflazione cosmica in modo indipendente dal modello?

Puoi raccontarci quale è stato il contributo nel capire la storia del nostro Universo?

Il mio lavoro pubblicato in The Astrophysical Journal Letters riguarda la teoria dell’inflazione cosmica, un periodo congetturato di espansione estremamente rapida (esponenziale) dell’Universo primordiale, a circa un miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo di miliardesimo (10^-36) di secondo di vita”, ha raccontato a 30Science.com Sunny Vagnozzi del Dipartimento di Fisica dell’Università di Trento. “Sebbene l’inflazione faccia tra le altre cose predizioni che sono in ottimo accordo con i dati sperimentali, non e’ una teoria o meglio un paradigma verificato in senso stretto, cioè non sappiamo per certo se l’inflazione abbia effettivamente avuto luogo. Ciononostante, molti scienziati ormai lo prendono come un dogma. Tieni anche conto che l’inflazione cosmica è di fatto quello che noi cosmologi veramente intendiamo quando parliamo di ‘Big Bang’.

L’inflazione cosmica è uno scenario popolare per la prima fase dell’evoluzione dell’Universo
CREDITO
A. Ijjas, PJ Steinhardt e A. Loeb (Scientific American, febbraio 2017).

È possibile quindi confutare la necessità di questo periodo di inflazione cosmica?

Molti sottolineano come l’inflazione cosmica ponga più problemi di quelli che è stata chiamata a risolvere, e altri ancora tra i quali Avi Loeb, Anna Ijjas, e Paul Steinhardt, nel 2013 e di nuovo nel 2017 hanno sollevato un enorme problema: il paradigma inflazionario potrebbe non essere falsificabile”, ha spiegato Vagnozzi. “In che senso? Nel senso che i modelli di inflazione sono così versatili/flessibili che sembra si possano essenzialmente adattare a qualsiasi osservazione venga fatta. In altre parole, sono troppo flessibili e possono predire di tutto, così che il paradigma inflazionario è difficilmente falsificabile come invece dovrebbe esserlo una teoria sensata (almeno secondo Popper). Chiarisco una cosa: questo vale per il paradigma inflazionario in generale, anche se specifici modelli – dove un modello è una sottoclasse di paradigma – possono essere esclusi, ma posso sempre creare un modello inflazionario in accordo con qualsiasi osservazione.

Quale potrebbe essere la ‘pistola fumante’ per capire se l’inflazione c’è stata o no?

Qui entra il nostro lavoro. Insieme ad Avi Loeb di Harvard ci siamo chiesti: possiamo trovare un modo di falsificare l’intero paradigma inflazionario senza riferimento ad alcun specifico modello? La risposta è sì”, ha dichiarato Vagnozzi. “Abbiamo mostrato che se venisse rivelato il cosiddetto ‘fondo cosmico di gravitoni’ (CGB), cioè il background di gravitoni – le potenziali particelle di spin 2 che mediano la forza di gravità -, questo falsificherebbe l’inflazione una volta per tutte. Il motivo è che il CGB si forma ‘prima’ dell’inflazione – ~10^-43 secondi, anziché i 10^-36 in cui parte l’inflazione – e l’inflazione, dato che espande esponenzialmente lo spazio-tempo, diluirebbe il CGB a un livello inosservabile. Anche se non fosse diluito dall’inflazione è estremamente difficile rilevare il CGB, precisiamo, ma se fosse stato diluito dall’inflazione questa osservazione è pressoché impossibile. Quindi, al contrario, una tale rilevazione necessariamente falsificherebbe il paradigma inflazionario una volta per tutte. È importante capire però che non abbiamo fatto nessun ‘buco nel Big Bang’, né stiamo dicendo che l’inflazione cosmica non sia avvenuta. Semplicemente siamo agnostici a riguardo, anzi non ce ne importa, e ci stiamo facendo solo la domanda se sia possibile falsificarla o meno.

L’attuale teoria del Big Bang non consente l’esistenza del CGB, poiché suggerisce che l’inflazione esponenziale dell’Universo neonato abbia diluito reliquie come il CGB al punto che non sono rilevabili. Questo può trasformarsi in un test: se il CGB venisse rilevato, chiaramente questo escluderebbe l’inflazione cosmica, che non ne consente l’esistenza. Vagnozzi ed i suoi colleghi sostengono che un tale test è possibile e il CGB potrebbe in linea di principio essere rilevato in futuro. Il CGB si aggiunge al budget delle radiazioni cosmiche, che altrimenti include fondi a microonde e neutrini. Influisce quindi sul tasso di espansione cosmica dell’Universo primordiale a un livello rilevabile dalle sonde cosmologiche di prossima generazione, che potrebbero fornire il primo rilevamento indiretto del CGB. Una prova definitiva sarebbe anche la detezione di un fondo di onde gravitazionali ad alta frequenza, con picchi intorno a 100 GHz. Questo introduce una serie di problematiche notevoli e rilevarlo richiederebbe enormi progressi nella tecnologia e per i quali occorre ancora attendere del tempo, ma prima o poi questo segnale potrebbe divenire realmente rilevabile. (30Science.com)

 

Alessandro Berlingeri
Adoravo parlare di Fantascienza con mia madre prima di dormire e tirar fuori strane teorie anziché ascoltare le favole della buonanotte. La conseguenza? Una laurea in Fisica all’Università degli Studi di Roma "Tor Vergata" con una tesi sui “Metodi per la Ricerca di Pianeti Extrasolari”. Mi dedico dal 2008 alla Divulgazione Scientifica ovunque sia possibile, nelle scuole, in grandi eventi pubblici, in musei, in grandi strutture scientifiche di Roma, radio, televisione, internet.. ovunque! Ho affiancato il tutto alle mie passioni di tutta una vita: il nuoto, la musica, il cinema ed ogni sfaccettatura nerd che si possa immaginare.