Credito immagine: Hubble
I fisici della Northeastern University credono che una forza fondamentale della natura, il legame tra elettroni e protoni, si sia rafforzata dal Big Bang. In effetti, credono che dieci miliardi di anni fa avrebbe potuto essere 200.000 volte più debole, e questo potrebbe rispecchiare la scoperta che l'Universo sembra accelerare a pezzi. Hanno basato la loro ricerca sulla luce dei quasar a dieci miliardi di anni luce di distanza. Questa teoria è molto controversa; tuttavia, come ha dimostrato un altro esperimento, la forza del legame non è cambiata in almeno due miliardi di anni.
In questo mondo sottosopra di tendenze mutevoli e alleanze tempestose, due scienziati della Northeastern University propongono una risposta al perché anche le costanti fondamentali della natura non sembrano più costanti. Il legame tra elettroni e protoni, chiamato costante di struttura fine, o alfa, potrebbe non essere costante e potrebbe essere stato 200.000 volte più debole circa dieci miliardi di anni fa. Questa è una recente scoperta dell'astronomia che è oggetto di accesi dibattiti perché si discosta dal modello standard della fisica e può indicare modifiche introdotte dalla teoria delle stringhe, la moderna 'Teoria del Tutto' che tenta di unificare tutte le forze in natura.
Secondo i dott. Luis Anchordoqui e Haim Goldberg del Dipartimento di Fisica della Northeastern University di Boston, Massachusetts, questo apparente minuscolo cambiamento nell'alfa nel corso degli anni potrebbe rispecchiare l'apparente velocità di espansione accelerata dell'Universo, come se elettroni e protoni si attaccassero sempre più strettamente insieme come l'Universo ha cominciato a volare a parte. Gli scienziati descrivono questo processo in un recente numero di Physical Review D: Vol. 68, 083513 (2003).
'L'apparente cambiamento nella costante della struttura fine rimane controverso, in parte perché è in contrasto con la teoria del campo standard, la base di tutti i successi nella fisica atomica e nucleare, in cui questa costante è un input invariabile a tutti i calcoli', ha affermato Anchordoqui. . 'Troviamo, tuttavia, che l'apparente cambiamento concorda con una varietà di diversi tipi di osservazioni'.
I segnali luminosi provenienti da galassie estremamente luminose e distanti chiamate quasar sembrano indicare che il legame tra elettroni e protoni era più debole nell'universo primordiale. La luce ha lasciato queste galassie circa 10 miliardi di anni fa e quindi riflette lo stato della materia (e le leggi della natura) di quell'epoca. Questo apparente cambiamento nella costante di struttura fine è stato osservato in diverse misurazioni indipendenti.
Sulla Terra, tuttavia, gli studi di un reattore nucleare a fissione naturale che operava in Gabon due miliardi di anni fa non rivelano alcun cambiamento nella costante di struttura fine, fino a una precisione di una parte su dieci milioni. Pertanto, se la costante della struttura fine è cambiata, non è cambiata in modo uniforme nel corso degli anni. Anchordoqui e Goldberg tentano di conciliare questa discrepanza.
Propongono che l'apparente cambiamento nella costante della struttura fine sia accoppiato alla 'quintessenza'. Questa è una teoria dell'energia oscura in cui una misteriosa forza repulsiva universale, una volta più debole molto tempo fa, ora domina sulla forza di gravità e sta facendo volare l'universo a una velocità in continua espansione. Anchordoqui e Goldberg hanno lavorato con un particolare modello di quintessenza proposto dai dott. Andreas Albrecht e Constantinos Skordis dell'Università della California, Davis, nel 2000. Hanno scoperto che la loro teoria della costante di struttura fine, se vista nel contesto di questo modello di quintessenza, fornisce un accordo tra i dati del quasar e i dati del Gabon.
Cioè, la costante della struttura fine era misurabilmente più debole dieci miliardi di anni fa, ma quando la quintessenza ha assunto il dominio circa otto miliardi di anni fa, la forza tra elettroni e protoni è diventata più forte e 'più costante'.
La forza del legame elettrone-protone di qualsiasi materia creata in qualsiasi momento negli ultimi miliardi di anni è essenzialmente indistinguibile.
La ragione di ciò risiede nel comportamento peculiare del modello Albrecht-Skordis, in cui il campo della quintessenza ha quasi cessato la sua variazione durante l'era attuale. Il modello è anche coerente con i dati storici raccolti dalla sonda Wilkinson Microwave Anisotropy della NASA, che ha determinato proprietà fondamentali dell'universo, come la sua età e forma, un annuncio fatto nel febbraio 2003. Anchordoqui e Goldberg hanno detto che analizzando la luce da ancora più quasar distanti riveleranno una costante diminuzione della forza di legame elettrone-protone.
Inoltre, hanno affermato che la loro teoria potrebbe essere testata presto con un miglioramento di appena dieci volte nella sensibilità nella misurazione dell'accelerazione di diversi oggetti in caduta libera. Questo perché una variazione nella costante di struttura fine implicherebbe una variazione di questo tipo di accelerazione al variare della composizione chimica, una violazione del principio di equivalenza introdotto da Albert Einstein nella sua teoria della relatività generale. Due missioni spaziali proposte avranno questa sensibilità: la missione MICROSCOPE del Centre National d'Etudes Spatiales francese, che dovrebbe volare nel 2005; e una missione NASA-ESA chiamata STEP, Satellite Test of the Equivalence Principle. 'Potremmo essere in grado di testare questo modello di una struttura fine 'cambiante' costante entro un paio d'anni con strumenti sui satelliti', ha affermato Goldberg. “Oppure, potremmo continuare a osservare l'alfa negli esperimenti di laboratorio per altri miliardi di anni per vedere cambiamenti nell'ordine dei valori dei quasar. Conto sui satelliti». Per ulteriori informazioni, fare riferimento all'articolo di rivista di Anchordoqui e Goldberg, 'Time Variations of the Fine Structure Constant Driven by Quintessence', disponibile all'indirizzo http://arXiv.org/abs/hep-ph/0306084 .
Fonte originale: Northeastern University