La cosmologia oltre il 2000? Tutta un’altra cosa

I primi anni del prossimo secolo potrebbero passare alla storia per aver svelato alcuni dei misteri fondamentali dell’Universo. Come è nato e quando, come finirà, in che modo si sono formate le galassie e di cosa è fatta la misteriosa materia invisibile che lo domina. La cosmologia, insomma, sembra vicina a una svolta decisiva. E’ quello che pensano molti dei fisici presenti al secondo congresso internazionale di Roma “Fundamental Physics at the Birth of the Universe”. Il congresso, che si chiude in questi giorni, è stato organizzato da Franco Occhionero, cosmologo dell’Università di Roma “La Sapienza”, sotto l’egida del Consiglio Nazionale delle Ricerche, dell’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare e dell’Osservatorio Astronomico di Roma.

Sulle frontiere della cosmologia Galileo ha intervistato tre noti studiosi. Il russo Alexei Starobinsky, del Landau Institute, uno dei padri della teoria dell’inflazione, l’americano Edward Kolb, altro celebre studioso dell’universo primordiale, ricercatore presso il Fermi National Laboratory di Chicago, e Nicola Vittorio, professore all’Università di Roma “Tor Vergata”, che si occupa di formazione delle galassie.

Professor Vittorio, perché tanta attesa per il 2000?

“Perché una serie di nuovi esperimenti promette, entro cinque, al massimo dieci anni, di fornire dati di precisione e completezza mai raggiunta prima. Finalmente conosceremo con sufficiente accuratezza il valore della costante di Hubble, che indica la velocità alla quale l’Universo si espande, e il valore della densità dell’Universo”.

Il che equivale, fra l’altro, a determinare quale sarà il destino finale del cosmo, se un’espansione eterna oppure il Big Crunch, cioè il collasso finale di tutta la materia in un punto caldissimo e di densità enorme.

“Certo, ma non solo. Conosceremo meglio la distribuzione della materia nel cosmo, potremo capire i processi alla base della nascita delle galassie. Probabilmente verificheremo l’esistenza delle onde gravitazionali, ancora mai rivelate, e stabiliremo se la teoria dell’inflazione è valida”.

Quali saranno gli esperimenti capaci di portare tanta novità?

“Prima di tutto, gli esperimenti che misureranno, con precisione mai vista prima, il fondo di radiazione cosmica, la cosiddetta eco del Big Bang. Riusciremo così a risalire alle più piccole anisotropie dell’universo primordiale, cioè le disomogeneità iniziali, i semi che hanno dato origine alle galassie.

I primi dati importanti di questo tipo verranno dalle sonde nell’atmosfera. Per esempio, presto verrà lanciato in Antartide un pallone italo-americano, battezzato Boomerang. Ma il grande salto di qualità si avrà grazie a due satelliti: il Map, della Nasa, e il Cobras-Samba, da poco ribattezzato Planck, dell’Agenzia Spaziale Europea. Le due missioni sono in competizione, perché hanno scopi simili. Map partirà probabilmente qualche anno prima (comunque dopo il 2000), ma Planck fornirà un quadro più preciso, specialmente sugli ammassi di galassie e i nuclei galattici.

Poi ci sono gli studi sul red-shift delle galassie. Il red-shift è il parametro che misura la velocità e la distanza degli oggetti lontani. Il progetto Sloan del Fermilab di Chicago, dove lavora Kolb, dovrebbe fornirci entro il duemila il red-shift di un milione di galassie. Questo aiuterà a conoscere la struttura, l’età esatta e il destino dell’universo. Ma ho fatto solo qualche esempio: ci sono altri progetti, europei, anglo-australiani, ecc.”.

Professor Starobinsky, oggi la cosmologia appare una scienza bizzarra, abitata da una miriade di modelli (per l’inflazione, per la distribuzione e la natura della materia oscura, e così via), che si nutrono però di scarsissimi dati sperimentali. I nuovi esperimenti permetteranno di sfoltire questa giungla di teorie?

“Certo, ma non sono d’accordo con il quadro che lei descrive. In realtà esistono poche teorie alternative. Indubbiamente ci sono più modelli del necessario, fra i quali presto potremo effettuare una selezione, ma non direi che la cosmologia pecchi più delle altre scienze di eccesso di modelli. Abbiamo molte meno teorie che la fisica delle particelle. Le possibili generalizzazioni del modello standard per la fisica delle particelle, necessarie per introdurre il nuovo concetto di supersimmetria, sono moltissime. Mentre, per esempio, poco fa abbiamo assistito, qui al congresso, alla drammatica relazione di Andrew Albrecht, che sembra mettere fine ai modelli delle stringhe cosmiche e dei cosiddetti difetti topologici in cosmologia.

Per lo più, i diversi modelli cosmologici hanno ingredienti comuni, come l’esistenza della materia oscura fredda e una ben precisa struttura delle perturbazioni iniziali, i semi da cui si sono originate le galassie. Differiscono solo nei dettagli, in sfumature come il valore della costante cosmologica, l’esistenza o meno di neutrini con massa diversa da zero, e così via”.

Ma sarà possibile eliminare gran parte delle alternative grazie ai prossimi dati?

“Sì. Per esempio, sapere se la costante di Hubble è maggiore o minore di 60 km/sec Megaparsec sarà fondamentale per eliminare molti modelli. Ma io credo che il quadro generale sia piuttosto stabile: semplicemente, andremo a conoscere dettagli sempre più sottili. Un po’ come è successo per la meccanica quantistica: è sostanzialmente corretta, ma via via che gli esperimenti si facevano più approfonditi abbiamo scoperto nuovi effetti, come la superconduttività”.

Miglioreremo, insomma, le nostre conoscenze. Ma i modelli generali non hanno nulla da temere nei prossimi anni?

“Esatto. Credo che solo teorie che prevedano una fisica molto diversa da quella dei modelli standard potranno essere rigettate per intero. Le nuove conoscenze daranno la direzione per i prossimi sviluppi, ma non porteranno a rigettare ciò che già sappiamo”.

Anche lei condivide questa opinione, professor Kolb? Non ci saranno rivoluzioni?

“Io credo che molte teorie debbano temere l’immediato futuro, perché finalmente saremo capaci di ucciderne parecchie! La situazione cambierà, e molto. Prima di tutto perché sapremo se il quadro che abbiamo dipinto dell’inflazione è corretto o no.Non credo che scopriremo sbagliato tutto ciò che abbiamo fatto finora, ma potremmo accorgerci che la nostra descrizione del mondo non è completa. E’ possibile, anzi, che l’attuale visione dell’universo cambi in maniera sostanziale. La storia insegna che ogni volta che credevamo di aver compreso l’universo, un’occhiata più approfondita apriva finestre totalmente nuove, inaspettate”.

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