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Introduzione

Largamente diffusa nella comunità scientifica è la teoria del Big Bang secondo cui l’universo inizò ad espandersi da un preciso momento a velocità elevatissima. I fisici, inoltre, ritengono che prima di questo colossale evento ve ne fosse un altro ancora più esplosivo: l’inflazione cosmica. Durante questo evento, durato meno di un trilionesimo di secondo, la materia definita come una zuppa fredda ed omogenea si gonfiò in modo esponenziale prima che il Big Bang predesse il sopravvento e si espandesse e si diversificasse in modo pù lento nell’universo primordiale. Una nuova ricerca prova a collegarle.

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Il collegamento

La difficoltà è stata quella di capire il passaggio tra l’inflazione cosmica ed il Big Bang essendo i due processi radicalmente opposti.

Ebbene, i fisici del MIT, del Kenyon College e non solo, sono riusciti ad effettuare una simulazione dettagliata di una fase intermedia dell’universo primordiale che potrebbe colmare e dunque spiegare il passaggio tra i due processi.

Questa fase, nota come “riscaldamento“, si è verificata alla fine dell’inflazione cosmica e ha coinvolto processi che hanno contrastato la materia fredda e uniforme dell’inflazione nella minestra ultrabollente e complessa che era in atto all’inizio del Big Bang.”Il periodo di post-riscaldamento postinflazione crea le condizioni per il Big Bang e, in un certo senso, mette il ‘botto’ nel Big Bang“, afferma David Kaiser, professore di Storia della Scienza di Germeshausen e professore di fisica al MIT. “È questo il periodo di passaggio in cui si scatena l’inferno e la materia si comporta in modo tutt’altro che semplice“.

La simulazione

I ricercatori sono riusciti ad elaborare una simulazione dettagliata sul come più forme di materia avrebbero interagito durante la fase caotica susseguente l’inflazione.

Le loro simulazioni mostrano che l’energia estrema che ha guidato l’inflazione avrebbe potuto essere ridistribuita altrettanto rapidamente, in una frazione ancora più piccola di un secondo, e in un modo tale da produrre condizioni che sarebbero state necessarie per l’inizio del Big Bang.

Il team ha scoperto che questa estrema trasformazione sarebbe stata ancora più veloce ed efficiente se gli effetti quantistici avessero modificato il modo in cui la materia rispondeva alla gravità a energie molto elevate, deviando dal modo in cui la teoria della relatività generale di Einstein predice che materia e gravità dovrebbero interagire.”Questo ci consente di raccontare una storia ininterrotta, dall’inflazione al periodo postinflazione, al Big Bang e oltre“, afferma Kaiser. “Possiamo tracciare una serie continua di processi, tutti con fisica nota, per dire che questo è un modo plausibile in cui l’universo è diventato come lo vediamo oggi“.

I risultati del team compaiono oggi in Physical Review Letters. I coautori di Kaiser sono l’autore principale Rachel Nguyen e John T. Giblin, entrambi del Kenyon College, e l’ex studente laureato del MIT Evangelos Sfakianakis e Jorinde van de Vis, entrambi dell’Università di Leida nei Paesi Bassi.

Approfondimento:

Rachel Nguyen et al. Nonlinear Dynamics of Preheating after Multifield Inflation with Nonminimal Couplings, Physical Review Letters (2019). DOI: 10.1103/PhysRevLett.123.171301