Ultimo scattering dei fotoni: parte prima.

scattering

Ciò che oggi fa parte del nostro modo di pensare quotidiano, ha rappresentato negli anni ’20 dello scorso secolo una nuova vera e propria rivoluzione copernicana.

La relatività ci insegna che non è possibile trasmettere alcun segnale a una velocità maggiore di quella della luce. Questo significa che, osservando, ad esempio, una galassia a una data distanza da noi, i segnali luminosi che riceviamo ne sono una fotografia scattata al momento in cui sono partiti, e ci informano sulle sue proprietà a un tempo via via più remoto, man mano che la distanza diventa sempre più grande.

Ora la domanda da farci è se possiamo osservare l’universo nel corso della sua evoluzione e tracciare gli stadi attraverso i quali è passato, dalla sua infanzia sino ad oggi.

Sfortunatamente, questo è impossibile se si usa la radiazione elettromagnetica (i fotoni) come messaggero.

Per capire facciamo un passo indietro.
È ormai familiare a tutti, a differenti livelli di profondità, l’idea fondamentale della teoria del Big Bang “caldo”: cioè che l’universo sia in continua espansione, a partire da uno stato iniziale molto denso e caldo (circa 13,8 miliardi di anni fa), in cui era “tutto in un punto”.

In questo scenario le stelle e galassie si sono formate solo in tempi relativamente recenti e non erano certamente presenti quando tutto era in un punto.
Anche osservando la radiazione cosmica di fondo dei fotoni (più precisamente, di microonde), ci si può spingere a un’epoca di circa 380.000 anni dopo il Big Bang, noto come il tempo di “ultimo scattering” dei fotoni.

In tempi anteriori, la materia era in uno stato noto come “plasma”, elettroni e protoni non erano legati a formare atomi neutri e interagivano mutuamente emettendo e riassorbendo fotoni.
In queste condizioni la radiazione elettromagnetica, una volta prodotta, non era libera di viaggiare indisturbata per raggiungere oggi i nostri rivelatori, perché era assorbita e riemessa incessantemente.

Vi sono due possibilità per studiare l’evoluzione dell’universo in tempi più remoti: usare altre particelle, la cui presenza lasci una traccia, anche se indiretta, su quantità che possiamo osservare direttamente. Oppure adoperare il fatto che ogni particella interagisce gravitazionalmente.
Questo è il caso della materia oscura della cui esistenza abbiamo numerose indicazioni indirette legate al campo gravitazionale che essa produce, senza il quale l’universo ci apparirebbe molto differente da quello che osserviamo.

Dal momento che non si ha conoscenza della materia oscura non rimane che studiare i “neutrini”.
Queste particelle, “inventate” dalla fantasia visionaria di Wolfgang Pauli nel 1930 per “salvare” il principio di conservazione dell’energia nel decadimento beta dei nuclei, non finiscono mai di sorprendere i fisici per le loro straordinarie proprietà.

Come i fotoni, anche i neutrini popolano l’universo sin dalle origini. A differenza dei primi, interagiscono con le altre particelle soltanto attraverso le interazioni deboli che, come dice il nome, sono molto più flebili di quelle elettromagnetiche.

Questo fa sì che il loro “ultimo scattering” abbia avuto luogo in tempi molto più remoti, addirittura circa un secondo dopo il Big Bang!
In quest’epoca, l’universo era in piena attività e i neutrini erano fra gli attori principali: le loro interazioni con protoni, neutroni ed elettroni sono il primo passo che porta alla formazione dei nuclei leggeri (deuterio ed elio).

E’ per questo motivo che forse il ruolo dei neutrini nell’universo potrebbe portarci ancora più lontano.

Vi sono, infatti, modelli teorici che prevedono che la ragione del fatto che nell’universo oggi osserviamo soltanto materia e non antimateria sia legata proprio a una proprietà che solo i neutrini possono possedere, ossia di coincidere con le loro antiparticelle, gli antineutrini.
In questo caso i neutrini portano il nome di uno dei più brillanti fisici italiani di tutti i tempi e si chiamano “neutrini di Majorana”.

Se questi modelli venissero confermati, potremmo avere un’immagine dell’universo all’epoca nella quale è scomparsa l’antimateria, in pratica quando tutto era in un punto!

…… continua ….

(fonte: “Simmetrie” n.21)

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Informazioni su bruce

Ingegnere. Io sono responsabile di quello che dico, non di quello che capisci tu. (Massimo Troisi)
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5 risposte a Ultimo scattering dei fotoni: parte prima.

  1. Renzo Dal Grande ha detto:

    interessante Bruce , attendo la parte seconda
    grazie Renzo Dal Grande

    Liked by 1 persona

  2. MARGHIAN ha detto:

    “…usare altre particelle, la cui presenza lasci una traccia, anche se indiretta, su quantità che possiamo osservare direttamente”. Si’, quando tutto era “compresso”, i fotoni erano emessi e subito assorbiti, e sicuramente le frequenze erano a livelli non gestibili da nostri strumenti. I neutrini, nati molto prima della “soglia” dei 380 mila anni dopo il Big Bang, ci informeerbbero su quel “prima”, ma ci sono le difficolta’ pratiche di individuare quei neutrini messaggeri partiti solo “qualche secondo dopo ll’iniizo della espansione”, prima di essa poi le forze fondamentali non si erano ancora differenziate, mi par di capire.

    “Oppure adoperare il fatto che ogni particella interagisce gravitazionalmente”, anche questa e’ una via giusta da seguire, ma non facile.
    “Se questi modelli venissero confermati, potremmo avere un’immagine dell’universo all’epoca nella quale è scomparsa l’antimateria.”. Oppure “gettata da qualche altra parte, generando un anti- universo? Fantasia… Ciao 🙂

    Marghian

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  3. bruce ha detto:

    Ciao marghian, non ricevo più i tuoi aggiornamenti, non so cosa sia successo. Io, anche se a ritmo ridotto, continuo a a pubblicare cose di cosmologia, ma solo quelli che valgono la pena. Questo articolo lo ritengo interessantissimo, perchè sui primi attimi del big bang se ne sa pochissimi, e l’articolo che ho letto fa capire molto. Per chi vuol capire ovviamente.
    Ciao

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    • MARGHIAN ha detto:

      Per chi vuol capire, certamente. E per chi vuol capire- cercare di capire, di sapere-, e’ estremamente interessante: altre finestre, altre vie sulle quali ed attraverso el quali vedere la realta’, comprenderla.

      Non so, rigaurdo a “notifiche” eccetera, non mi intendo molto- circa quello che puo’ succedere quando non arrivano, non saprei.Non consulto mai le notifiche, Vado sempre direttamente nei blg che seguo, come faccio qui nel tuo, “per vedre se c’e qualcosa”. Una specie di “zapping” praticamente. MI vedo vedo la pagina de “i miei commenti”-come ho fatto poco fa per scrivere qui…- per vedere se ce ne sono di nuovi. Sono una decina di di blog, ci vado direttamente, faccio cosi’ “da sempre….
      Io comunque fino ad ora ho pubblicato sino ad ora – da mesi-, solo cose poco impegnative, e solo sul blog “musicale”,
      Ho intenzione di riprendere con gi altri argomenti, ma per ora non so. Ciao.

      Marghian

      Mi piace

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