COSMOLOGIA/ Kolb (Università Chicago): fra 5 o 6 anni avremo un’idea più chiara della materia oscura

- int. Edward W. Kolb

EDWARD W. KOLB è un cosmologo americano che in questa intervista ci spiega a che punto sono gli studi e le scoperte riguardanti la materia oscura e l’energia oscura

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La materia oscura

La sua aria scanzonata e simpaticamente esuberante non fa pensare a complesse elaborazioni di fisica teorica, ma piuttosto alle affascinanti ricerche sulle origini dell’universo e agli stimolanti interrogativi che tali ricerche richiamano. È Edward W. Kolb, più noto come Rocky Kolb, ed è professore di Astronomia e Astrofisica all’Università di Chicago. È un cosmologo, studia cioè l’origine dell’universo, la sua composizione e la sua evoluzione e in particolare si interessa nel ruolo che hanno la fisica delle particelle elementari e tutto il micromondo quantistico nel determinare il mondo macroscopico, cioè le strutture cosmiche su larga scala. Durante una sua recente visita a Milano, ilsussidiario.net l’ha incontrato.

 

Professor Kolb, lei ha concentrato gran parte dei suoi studi su materia oscura ed energia oscura. Cos’è la materia oscura?

Il fenomeno della materia oscura è stato osservato dagli anni Trenta de secolo scorso, quindi è un problema molto vecchio in astronomia: sembra che esista più massa nell’universo di quella che possiamo vedere. Gran parte della massa è “oscura”. Non sappiamo cosa sia; ma c’è un’idea molto promettente che stiamo testando: è l’idea che essa sia una nuova specie di particella elementare che non è ancora stata scoperta e che costituirebbe gran parte della massa dell’universo. Questa nuova specie di particella ha determinate proprietà molto generali; la chiamiamo Wimp (Weakly Interacting Massive Particle, particella elementare debolmente interagente). L’idea che la materia oscura sia dovuta alle Wimp esiste dalla fine degli anni Settanta. La prima volta che fu proposta, nessuno aveva idea di come sarebbe stato possibile scoprirla.

Potremo allora vederla? E come?

Nei trentacinque anni seguenti siamo giunti alla conclusione che possiamo scoprire la natura delle Wimp in tre modi: il primo è produrla negli acceleratori (come Lhc al Cern); il secondo modo è attraverso il rilevamento diretto: se le Wimp si trovano tutt’attorno a noi, possono interagire con degli ioni e se abbiamo rilevatori molto sensibili, possiamo rilevare la loro presenza; l’ultimo metodo è mediante l’astronomia: guardando ad esempio al centro della nostra galassia, osservando se una Wimps si annichila oggi producendo particelle che siamo in grado di rilevare.

Può spiegare meglio quale contributo può dare uno strumento come Lhc?

Lhc dovrebbe possedere abbastanza energia per essere in grado di creare le Wimp (questo assumendo che le Wimp siano la spiegazione, ma non lo sappiamo ancora!). La vera sfida è rilevarle una volta create, dal momento che sono così elusive. Dobbiamo cercare metodi indiretti per osservarle.

 

Quali altri esperimenti potranno, secondo lei, dare il maggior contributo a questa scoperta?

Ci sono esperimenti in laboratori sotterranei, che sono alla ricerca degli effetti delle Wimp. Questi si stanno avvicinando sempre di più a quelle che noi crediamo essere le proprietà che siamo in grado di rilevare. Pertanto, entro la fine del decennio, diciamo nei prossimi cinque o sei anni, dovremmo sapere se questa spiegazione (quella della Wimp) è corretta o no.

 

Passiamo all’energia oscura. Sappiamo che l’espansione dell’universo è accelerata, osservando il redshift di Supernovae molto lontane; abbiamo perciò introdotto questa nuova quantità, appunto l’energia oscura. Per la materia oscura abbiamo parlato di rilevazione diretta: è possibile una rilevazione diretta per un’entità come l’energia oscura?

Probabilmente no. Non sappiamo cosa sia l’energia oscura. La spiegazione più semplice è che sia legata a una massa fondamentale dello spazio, che significa che anche lo spazio vuoto avrebbe una densità di massa. Se questa è la spiegazione, allora l’unico effetto che avrebbe è sull’espansione dell’universo. Diversamente dalla materia oscura, non puoi costruire un acceleratore o un esperimento nel tuo laboratorio per ricreare l’energia oscura. L’unico modo per vederla è osservare i suoi effetti sulla storia dell’espansione dell’universo. Possiamo dire che si tratta di una quantità molto più difficile da misurare rispetto alla materia oscura.

 

Abbiamo visto però che la materia oscura è già molto elusiva…

Sì, ma della materia oscura possiamo “sentire l’odore”… Crediamo di averla quasi trovata!

 

Ma come sappiamo che questa accelerazione è davvero una accelerazione, e che non è spiegabile invece, ad esempio, con una nuova fisica?

Noi deduciamo che c’è una accelerazione usando la fisica che conosciamo, cioè la teoria della gravità di Einstein e il più semplice modello del Big Bang per l’espansione dell’universo. Ora, ciò che spiega questo fenomeno potrebbe essere l’energia oscura, o potrebbe essere che il semplice modello che usiamo per la cosmologia è sbagliato; oppure ci sta dicendo che Einstein non ha avuto l’ultima parola sulla gravità. Scientificamente, non diresti che la teoria della gravità di Einstein è sbagliata. Diresti solo che non si applica sulle scale di distanza molto grandi dell’universo. Ogni teoria ha un range di validità in termini di scale di lunghezze o energia; forse questo ci sta mostrando dove la teoria di Einstein fallisce.

 

Parlando della teoria della gravità di Einstein, si tiene conto dell’energia oscura con una costante cosmologica (lei l’ha chiamata costante cosmo-illogica, perché non si sa a cosa sia dovuta). Einstein ha inserito questa costante nelle equazioni come un trucchetto, per far tornare i conti; e poi l’ha definita “il più grande errore della mia vita”. Perché allora ne stiamo ancora parlando? Non era stato un errore?

Sì, Einstein l’ha introdotta per le ragioni sbagliate, ma forse è stato un errore molto fortunato da parte sua. Ha introdotto qualcosa per la ragione sbagliata, che si è rivelato essere vero. È stato fortunato.

 

Quale crede che sia l’aspetto più interessante e provocante della cosmologia moderna?

Dal punto di vista umano, a mano a mano che la nostra conoscenza dell’universo si è evoluta, negli ultimi 1000, 100, 10 anni, abbiamo apprezzato l’immensa dimensione dell’universo e la varietà degli oggetti che lo popolano. Mentre vediamo questo, quindi, in un certo senso la nostra importanza nell’universo si riduce. Gli uomini, la natura, la Terra, sono una parte molto molto piccola di un universo molto molto grande. In un certo senso, questo ti fa sentire piccolo. Tuttavia, sono sempre sbalordito nel constatare che in questa parte così piccola dell’universo c’è una specie, gli uomini, che ha evoluto la curiosità e l’abilità di porre domande a questa immensità e di trovare alcune risposte. L’universo è così grande, noi così piccoli, ma siamo in grado di avere una comprensione di qualcosa che è infinitamente più grande di noi. Dal punto di vista umanistico, questo mi rende fiero della mia specie.

 

L’ultima domanda è legata alle scoperte più recenti: può dirci qual è l’importanza delle ultime scoperte riguardo i cosiddetti modi B?

Se la scoperta dei modi B sarà confermata – e gli scienziati sono sempre cauti (più grande la scoperta, più prove hai bisogno per confermarla) – questo ci direbbe qualcosa di notevole: che ben al di sotto del primo secondo nella storia del nostro universo c’è stata una tremenda crescita esplosiva nell’espansione cosmica. Il fenomeno è noto come “inflazione”. La recente scoperta ci direbbe che ciò è realmente accaduto e che ha lasciato dietro di sé un’impronta perché noi potessimo raccogliere l’evidenza di qualcosa che si è verificato così presto nella storia dell’universo. Stiamo vedendo ora i segni di un evento accaduto 14 miliardi di anni, quando l’universo aveva una minuscola frazione di secondo di vita. Essere in grande di fare questo, per me è stupefacente.

 

Sarebbe la prova schiacciante dell’inflazione …

Sì, sarebbe una grande scoperta; e non vediamo l’ora della sua conferma. Ci sono persone qui all’Università di Milano che lavorano sul satellite Planck e prima della fine del 2014 promettono di confutare o confermare tutto ciò. Stiamo tutti aspettando questa risposta.

 

(Paolo Cazzoletti)

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