Quelle “oscure realtà” cariche di (nuovi) misteri sul cosmo

Le ultime scoperte sulla natura dell’universo, fra cui l’ipotesi di una “quinta forza” frutto dell’esperimento Xenon 1, aprono scenari anomali

L’universo viene trattato dai cosmologi come se fosse infinito, da un punto di vista matematico e formale; ma quello osservabile, si calcola, ha un diametro di “soli” 90 miliardi di anni luce.
A chi piace fare i conti, moltiplichi ogni anno luce per nove miliardi e mezzo di chilometri (a spanne) e si farà un’idea. Oppure no, perché di fronte a certe cifre la mente umana vacilla.
Pur essendo un universo prevalentemente vuoto, contiene un paio di centinaia di miliardi di galassie secondo alcuni calcoli, duemila miliardi secondo altri.
Le galassie nane contengono poche centinaia di milioni di stelle, le giganti arrivano a centomila miliardi. La Via Lattea, dove si trova il nostro sistema solare (in periferia), è una galassia medio-piccola, con quattrocento miliardi di stelle.
A quanto pare la maggior parte delle stelle ha un sistema planetario, e si suppone che esistano sia stelle che pianeti vaganti.

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Una realtà osservata (e conosciuta…) per il 5 per cento del totale

Tutto questo per avere una seppur vaga idea del fatto che, a quanto sembra, di tutto questo noi osserviamo, calcoliamo e conosciamo solo il cinque per cento. Okay, sedetevi e fate un bel respiro.
La forza più debole a livello microscopico, la gravità, è quella più rilevante a livello cosmologico. Tiene insieme i pianeti, le stelle, le galassie, facendo ruotare il tutto in una danza infinita che i nostri avi, che tanto scemi non erano, chiamavano “musica delle sfere”.

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Massa osservabile e “massa dinamica”: se qualcosa non quadra…

I fisici e i cosmologi, che sono davvero bravi a fare i calcoli, si sono accorti un centinaio di anni fa che qualcosa non quadrava.
Perché le galassie esistano e ruotino nel modo che osserviamo, dovrebbero contenere molta più materia di quella che vediamo.
Davvero molta: dalle prime osservazioni nel 1933 dell’astronomo Fritz Zwicky, la differenza fra massa osservabile e “massa dinamica” era di un fattore quattrocento.
Secondo i calcoli del 2013, questa cosiddetta materia oscura forma il 26,8 per cento dell’intero sistema massa-energia dell’universo.
Poi ci sarebbe anche il 68,3 per cento formato da “energia oscura”, una forma di energia ipotetica che spiegherebbe, fra le altre cose, perché il nostro universo si espande più rapidamente del dovuto.
La nostra materia “ordinaria”, quella di cui siamo fatti io, voi, tutto ciò che vediamo sul nostro e su altri pianeti, le stelle, le galassie è relegata a un misero 4,9 per cento dell’intero cosmo.

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Ipotesi sulla materia oscura: calcoli da rifare o particelle WIMP?

Di ipotesi sulla materia oscura, negli anni se ne sono esaminate molte: materia ordinaria che non emette radiazioni elettromagnetiche; oggetti compatti di grande massa (MACHO) oppure buchi neri primordiali; altri oggetti più o meno strani come le stelle solitoniche, le stelle di bosoni, le pepite di quark.
Qualcuno ha addirittura ipotizzato che non esisterebbero né materia né energia oscura: semplicemente facciamo i calcoli in modo sbagliato, quindi andrebbe cambiata la teoria della gravità, almeno per le scale cosmologiche.
Una delle teorie attualmente più accreditate è quella delle particelle WIMP, Weakly Interacting Massive Particles (particelle massive debolmente interagenti), un tipo di materia difficilissima da trovare, ma che permeerebbe tutto lo spazio.
Anche sulla precisa natura di tale materia esistono diverse ipotesi. In questo gran guazzabuglio, come sempre, ad avere l’ultima risposta sarà il cardine del metodo scientifico, ovvero l’esperimento.

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Ipotesi sull’energia oscura e un clamorosissimo errore di Einstein

Il bello dell’energia oscura è che nasce da un errore di Albert Einstein, il “mio più grande errore” come lui stesso avrebbe più tardi affermato.
Lo scienziato inizialmente concepiva l’universo statico, in equilibrio. E per ottenere tale equilibrio concepì una forza che chiamò “costante cosmologica”, una sorta di “antigravità” che impedisse che tutto il cosmo collassasse.
Quando poi si scoprì che l’universo si espande, ritrattò sul concetto di costante cosmologica. Negli Anni 60 e 70 del secolo scorso osservazioni più accurate, sia della velocità di espansione dell’universo, sia di altri effetti più complessi, portarono a rivalutare l’esistenza della cosiddetta “energia oscura” che, analogamente alla materia oscura, interagirebbe debolmente con le altre forze tranne che con la gravità.
Le ipotesi più accreditate sulla sua natura sono due: una che fa riferimento alla costante cosmologica e all’energia del vuoto, un effetto quantistico già sperimentato, causato dalla presenza delle “particelle virtuali”; una che parla della cosiddetta quintessenza, un campo dinamico scalare (qui si va nel difficile).
Anche in questo caso esistono ipotesi alternative, dal fallimento della teoria della relatività generale di Einstein sulle grandi scale cosmologiche, all’esistenza del multiverso e delle “Brane”, fino ad altri concetti esotici come il principio olografico o la cosmologia ciclica conforme di Roger Penrose.
Un bel rebelòt, insomma, che ben rappresenta lo stato di agitazione in cui si trova attualmente la fisica teorica e, di conseguenza, la cosmologia.

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Sotto il Gran Sasso d’Italia lo “eccesso di eventi” che non ti aspetti

Sotto il Gran Sasso d’Italia c’è uno dei più importanti laboratori di fisica del mondo (e no, nessuna galleria che lo colleghi al CERN di Ginevra, purtroppo).
La presenza della montagna sopra il laboratorio aiuta a creare quel “silenzio” necessario a trovare le particelle più sfuggenti, come appunto le WIMP.
E proprio da un esperimento dedicato alla ricerca della materia oscura sembra, ripeto sembra, sia arrivato un segnale dell’esistenza dell’energia oscura.
Quando si parla di scoperte così importanti c’è un detto nel mondo scientifico: “affermazioni straordinarie richiedono prove straordinarie” e questi risultati andranno esaminati con attenzione e, soprattutto, occorreranno altri esperimenti che li confermino.
Comunque sia, circa un anno fa il rilevatore Xenon 1, costruito per la ricerca della materia oscura, ha rivelato un “eccesso di eventi”, un numero non previsto di particelle dette assioni, che hanno una massa molto piccola.
Questo eccesso di assioni però manderebbe in crisi le attuali teorie che descrivono l’evoluzione delle stelle.
Un’ipotesi alternativa, recentemente pubblicata sulla rivista “Physical Review D”, sarebbe che tale segnale deriverebbe dall’energia oscura attraverso un curioso meccanismo chiamato “schermatura camaleontica”, che nasconde questa “quinta forza” sulle brevi distanze del nostro sistema solare.
E questa ipotesi ha fatto rizzare le orecchie a tutto il mondo scientifico, ovviamente. Vedremo in futuro se sarà verificata.

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Cui prodest? Ma è la ricerca di base a darci ritorni di tipo pratico

Ma alla fine a che servono tutte queste ricerche che, dopotutto, riguardano concetti così esotici, lontani dalla nostra esperienza quotidiana? Perché spendiamo soldi in questi esperimenti? E cosa c’entra tutto questo con il concetto di innovazione?
Ebbene, questa è l’occasione per ribadire un concetto fondamentale: la ricerca di base è quella che ci regala più ritorni di tipo scientifico e tecnologico, il più delle volte inaspettati.
La ricerca per lo spazio ci ha regalato gran parte della medicina moderna, e gli attuali mezzi di comunicazione, e i moderni computer da tasca.
La ricerca allo European Organization for Nuclear Research (il CERN di prima), ci ha regalato mezzi più precisi e potenti per contrastare i tumori. Di altri esempi ce ne sarebbero a bizzeffe. Ma soprattutto, aggiungo a titolo personale, queste ricerche rinnovano le nostre menti.
Ragionare, nel nostro piccolo e con tutti i limiti di chi non conosce a fondo certi argomenti, cercare di comprendere queste (possibili) meravigliose scoperte ci aiuta a uscire dai propri schemi mentali, ci apre comunque a nuove intuizioni, ci dona una visione più ampia e, perché no, speranza ed entusiasmo.
Perché, come diceva un personaggio di Meg Ryan nel film “Joe contro il vulcano”, “… pochi di noi sono veramente desti, e quei pochi vivono in uno stato di costante e totale stupefazione”.

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