Le onde gravitazionali potrebbero spiegare l’asimmetria della materia

Secondo un nuovo studio è possibile spiegare il motivo per cui dopo il Big Bang rimane più materia che antimateria. Ciò potrebbe infatti essere spiegato rilevando le Q-sfere all’interno delle onde gravitazionali.

Una Q-ball o Q-sfera è un tipo di solitone non-topologico. Un solitone è un campo di configurazione localizzato che non si può dissipare né diffondere. Nel caso del solitone non-topologico, la stabilità è garantita dalla conservazione della carica: il solitone ha la più bassa energia per unità di carica di qualsiasi altra configurazione.

L’asimmetria tra materia e antimateria

La nostra stessa esistenza, quella della Terra e tutta la vita su di essa, dipendono dal fatto che nei primi istanti di vita dell’Universo, immediatamente dopo il Big Bang, è stata prodotta più materia che antimateria.

Questa asimmetria tra quantità di materia e antimateria è davvero molto piccola. Ma nonostante ciò al momento non siamo in grado di trovare una spiegazione per questo fenomeno. Secondo le teorie standard infatti la materia e l’antimateria dovrebbero essere state prodotte in quantità esattamente uguali, quindi in modo simmetrico. Eppure la Terra esiste, esiste la vita ed esistiamo noi. Questo significa che qualcosa ci sfugge è c’è molto ancora da comprendere nella fisica dell’Universo.

La spiegazione fino ad ora più largamente accettata è che l’asimmetria sia stata prodotta subito dopo l’esplosione del Big Bang, in un momento in cui l’universo si espandeva molto rapidamente. In quel momento una macchia di campo avrebbe potuto allungarsi all’orizzonte per evolversi e frammentarsi in un modo che ha portato alla nascita di questa asimmetria.

Ma cercare di dimostrare questo paradigma è tutt’altro che semplice per ricercatori e fisici teorici. Anche ricorrendo all’uso dei più grandi e sofisticati acceleratori di particelle del Pianeta, l’energia coinvolta in questi processi è immensamente più enorme di qualsiasi cosa che possa essere prodotta e studiata sulla Terra.

Il comportamento delle Q-balls e la nascita dell’asimmetria

Ora invece sembra che un un team di ricercatori, guidati da Graham White ricercatore del progetto Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe, e Alexander Kusenko, Visiting Senior Scientist e professore di fisica e astronomia all’UCLA, abbia trovato un nuovo modo per testare questa proposta utilizzando le Q-balls.

Come spiega White, la natura delle Q-ball è un po’ difficile da comprendere, ma si tratta di bosoni come il bosone di Higgs. “Una particella di Higgs esiste quando il campo di Higgs è eccitato. Ma il campo di Higgs può anche formare un grumo. Quando si ha un campo che è molto simile al campo di Higgs ma ha una sorta di carica, non una carica elettrica, il grumo che si creerà avrà una carica come una particella. Poiché la carica non può semplicemente sparire, il campo deve decidere se essere in particelle o in grumi. Se si ottiene un’energia inferiore nella conformazione in grumi rispetto alle particelle, allora il campo sarà in grumi. Un mucchio di grumi che si coagulano insieme formeranno un Q-ball“.

Secondo quanto affermato da White, “le Q-ball create all’origine dell’Universo permangono a lungo. Esse infatti si diluiscono più lentamente della radiazione di fondo mentre l’Universo si espande.

Si evolvono come materia non relativistica e possono eventualmente arrivare a dominare la densità energetica dell’Universo. Nel frattempo, lievi fluttuazioni nella densità della zuppa di radiazioni iniziano a crescere quando le Q-ball dominano. Se le Q ball decadono rapidamente, c’è un improvviso cambiamento nell’equazione di stato per l’Universo. Ciò si traduce in perturbazioni scalari rapidamente oscillanti, che migliorano lo spettro delle onde gravitazionali primordiali dall’inflazione.”

Cercare le Q-balls nelle onde gravitazionali potrebbe risolvere la questione

Il decadimento delle Q-ball dunque crea delle fluttuazioni nel plasma che diventano violente onde sonore che portano a spettacolari increspature nello spazio e nel tempo, note come onde gravitazionali.

Proprio queste onde gravitazionali potrebbero essere rilevate nei prossimi decenni. Secondo i ricercatori, le condizioni per creare queste increspature sono molto comuni e le onde gravitazionali risultanti dovrebbero essere sufficientemente grandi e con una frequenza sufficientemente bassa da essere rilevate dai rilevatori di onde gravitazionali convenzionali.

Se così fosse e se questo fosse davvero il modo in cui è stata creata l’asimmetria, “è quasi certo che presto rileveremo un segnale dall’inizio del tempo che confermerà questa teoria“, ha detto White.

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