L'esperimento "boomerang"
Con la scoperta delle onde
sonore che hanno accompagnato, come una sinfonia celeste, la nascita
dell'Universo segna certamente un balzo in avanti nella nostra conoscenza del
cosmo, conferma il modello standard del Big Bang con le modifiche suggerite_ dal
meccanismo inflattivo e fornisce informazioni di prima mano sulla formazione
delle galassie. Da tempo si sapeva che lo spazio cosmico è pieni di una polvere
di galassie, che questa polvere si sta espandendo e che le galassie paiono
fuggire dalla Terra con una velocità che è proporzionale alla loro distanza.
Possiamo immaginare l'universo come un palloncino che viene gonfiato: i disegni
che appaiono sulla pelle si ingrandiscono mantenendo la forma e le proporzioni
reciproche. L'universo si dilata e contemporaneamente si raffredda e questo
significa che nel passato l'universo era molto più caldo e che le 
galassie
erano molto più vicine tra di loro rispetto altera attuale. Se risaliamo i
tempi incontriamo ere in cui la materia che riempiva l'universo era così calda
da ionizzare gli atomi separando gli elettroni dai nuclei costituenti portando
così la materia in un quarto stato, detto plasma, oltre a quelli consueti dello
stato solido, liquido e gassoso. Il plasma non è trasparente, interagisce con
la luce e impedisce la visione a grandi distanze. Circa 300.000 anni dopo il Big Bang l'universo si è raffreddato al
punto da permettere la ricombinazione di elettroni con i nuclei con emissione di
radiazione e la formazione di atomi, diventando così trasparente. L'esperimento
"Boomerang" ha osservato in grande dettaglio la radiazione emessa che
ci ha dato informazioni di prima mano sullo stato finale del plasma nell'attimo
della scomparsa. All'atto della sua emissione la radiazione fossile era
essenzialmente formata da luce visibile ma oggi, 15 miliardi di anni dopo, la
riceviamo come microonde per via della rapida espansione dell'universo ed è
quindi invisibile all'occhio umano. Se potessimo vederla le notti non sarebbero
più oscure. La radiazione fossile è l'oggetto più antico e più distante che
sia dato osservare direttamente, possiamo ricostruire quello che è accaduto
prima solamente usando una modellistica molto sofisticata basata sulle equazioni
del campo di Einstein. A quanto pare l'esperimento "Boomerang"
conferma l'esistenza di una era inflattiva immediatamente successiva al Big
Bang, della durata di una frazione di secondo e caratterizzata da una espansione
rapidissima del cosmo in progressione geometrica. Una delle predizioni del
modello inflattivo è che la geometria dello spazio (ma non del continuo
spazio-tempo) è piatta ossia obbedisce agli assiomi delle geometria euclidea.
Le onde sonore che si propagano nel plasma danno inoltre informazioni preziose
sulla condensazione della materia, sulla origine delle galassie e sulla
complessa dinamica della materia in queste epoche primitive. Se l'universo è
piatto ha anche estensione e durata infinita e non si rinchiude su se stesso
come era previsto nelle prime formulazioni del modello risalenti agli anni '30
del secolo scorso. Ma rimane il mistero insondabile dell'attimo stesso del Big
Bang, dell'istante fatale prima dei quale le equazioni tacciono e l'esplosione
da cui è originato l'universo in cui viviamo. Per quanto breve sia questo lasso
di tempo potrebbe contenere una storia affascinante, complessa e imprevedibile
in cui l'infinitamente grande si salda con l'infinitamente piccolo. La
cosmologia è ancora un capitolo aperto della scienza. TULLIO
REGGE
Una poderosa
sinfonia accompagnava - quindici miliardi di anni fa - la nascita del nostro
Universo. Onde sonore percorrevano e increspavano il gas incandescente da cui,
più tardi, avrebbe preso forma l'Universo attuale: una musica che ricorda le 
antichissime intuizioni di poeti, filosofi, matematici, pensatori, da Pitagora a
Cicerone (il "Somnium Scipionis", ad esempio), convinti della
equivalenza tra le simmetrie musicali, la matematica e i processi celesti,
l'ordine degli Astri in cielo come sintomo della segreta armonia del cosmo e
della natura in generale, che l'uomo può captare e forse comprendere.
Sembravano sogni o fantasie esoteriche: ma oggi è la scienza più avanzata, la
cosmologia, a fornire sulla base di dati fisici una conferma a quelle intuizioni
poetiche e a svelarci persino i timbri e le scale armoniche di quel possente
concerto che avrebbe dato inizio al mondo.Lo ha scoperto l'équipe
internazionale di scienziati, guidati dal fisico italiano dell'Università
romana "La Sapienza" Paolo De Bernardis e dall'americano Andrea Lange
del Caltech, analizzando in dettaglio i dati forniti già l'anno scorso
dall'esperimento Boomerang: l'esplorazione compiuta innalzando ad di sopra
dell'Antartide un telescopio e altre delicate apparecchiature per studiare,
fuori da disturbi e interferenze, la "radiazione cosmica di fondo",
ultima traccia fossile (a 2,7 gradi Kelvin, ossia vicina allo zero assoluto)
dell'immane fornace del Big Bang. Già i primi dati avevano rivelato che la
geometria del nostro universo è in realtà piatta (e che quindi la luce vi si
propaga in linea retta), e scoperto l'esistenza, in quel fondo di radiazione a
microonde che è l'unica traccia degli avvenimenti di quindici miliardi di anni
or sono e che permea tutto lo spazio in ogni direzione, di strutture rimaste
finora invisibili anche alle apparecchiature più sofisticate, la cui esistenza
documenta i moti e le vibrazioni di quel grumo originario di gas incandescente
dal quale ha preso forma l'Universo. Confermando così anche la teoria della
"inflazione cosmica", secondo la quale un attimo dopo il Big Bang un
processo ancora misterioso avrebbe enormemente dilatato le dimensioni
dell'Universo, trasportando quindi fino alle attuali enormi dimensioni le
irregolarità e i grumi di quel gas originario, che si sono poi condensati in
stelle, galassie, nubi cosmiche e pianeti. Ma le nuove analisi dei risultati di
Boomerang dicono ancora di più. Rivelano cioè l'esistenza nel gas originario
di strutture più piccole e di onde acustiche che lo percorrono: "La nuova
immagine" spiega Paolo De Bernardis, "conferma in modo inequivocabile
la presenza di onde acustiche nell'universo primordiale, consente di analizzarle
in dettaglio e le trova in accordo con le previsioni del modello dell'inflazione
cosmica".Come le armoniche del suono distinguono il timbro di un flauto da
quello di un clarino, così spiegano i ricercatori - le armoniche delle onde
primordiali (ossia dei "picchi" registrati nel gas primordiale)
permettono di distinguere i processi fisici verificatisi nell'Universo delle
origini. E quindi in un certo senso di "vedere" (o sentire) la melodia
dell'origine, la "musica" che accompagnava la nascita dell'Universo.
Le armoniche denunziate dalle strutture così individuate parlano infatti di un
"flauto cosmico" nel quale onde sonore pari alla lunghezza
fondamentale dello strumento (circa 300.000 anni luce) hanno poi armoniche di
lunghezza pari alla metà, a un terzo e così via. A sua volta la dottoressa
Silvia Masi, della "Sapienza", uno dei membri più attivi
dell'équipe, osserva: "Ci potrebbero essere più modi di produrre le
strutture più grandi, ma solo la teoria dell'inflazione può fornire una
spiegazione teoricamente precisa alla formazione delle strutture più piccole,
con dimensioni pari esattamente a quelle che abbiamo misurato".
E Francesco Piacentini, anche lui della: "Sapienza", e Alessandro
Melchiorri, dell'Università di Oxford, membri entrambi della collaborazione,
affermano che questi risultati consentono anche di misurare la quantità
presente nell'Universo attuale della materia "barionica", ossia della
materia ordinaria di cui siamo fatti anche noi. Se questa infatti superasse una
certa quantità, modificherebbe l'altezza delle armoniche che sono state
misurate: e quindi i risultati ottenuti confermano invece la scarsità di
materia ordinaria del nostro universo (che non dovrebbe superare il 4 per
cento). Il resto (forse per un altro 30 per cento) dovrebbe essere in parte la
ancora sconosciuta "materia oscura", che cioè non emettendo
radiazione elettromagnetica non è rilevabile dai nostri strumenti, forse
neutrini dotati di massa, e poi chissà. I nuovi risultati di Boomerang sono
stati poi confermati da un esperimento molto diverso, Dasi (condotto con un
interferometro, che ha lavorato per due anni sempre dal Polo Sud) e
rappresentano quindi l'inizio della costruzione di una nuova, inedita immagine
dell'Universo in cui viviamo e della sua storia, aprendo altri interrogativi sul
moto gravitazionale delle galassie e sulla spiegazione della
"inflazione", per la quale qualche scienziato avanza ipotesi per il
momento non suffragate neppure da teorie matematiche, che la collegherebbero
alla "costante cosmologica" ipotizzata in un primo momento da Einstein
(e poi rifiutata), che compenserebbe l'attrazione gravitazionale dei corpi
dell'Universo con una forza centrifuga tuttora in azione. L'esperimento di
boomerang - al quale lavorano in Italia ricercatori de La Sapienza,' dell'Iroe-Cnr
di Firenze, dell'Istituto nazionale di geofisica e dell'Enea - verrà ripetuto
prossimamente sempre dal Polo Sud dalla stessa équipe, con un nuovo volo della
navicella, con l'obiettivo di misurare la eventuale polarizzazione del fondo a
microonde dell'Universo ed è finanziato in Italia dall'Agenzia spaziale, dal
Programma Antartide, dall'Enea e íìall'Università "La Sapienza" e
negli Usa dalla Nasa (l'agenzia spaziale americana), dalla Fondazione Nazionale
delle Scienze, e in Gran Bretagna dalla Particle Physics and Astronomy Research
Council. Franco Prattico