Uno dei misteri più profondi della cosmologia è il motivo per cui esistiamo. Secondo il modello standard della fisica, il Big Bang avrebbe dovuto produrre quantità uguali di materia e antimateria. Poiché queste due sostanze si annientano a vicenda al contatto, un universo perfettamente bilanciato non avrebbe prodotto altro che pura energia, lasciando dietro di sé un vuoto privo di stelle, pianeti o vita.
Tuttavia, il nostro universo è composto in stragrande maggioranza da materia. Una nuova ricerca suggerisce che l’antimateria “mancante” potrebbe essere stata superata da una violenta serie di esplosioni provenienti da minuscoli e antichi buchi neri.
Il mistero dell’asimmetria cosmica
Per comprendere il significato di questa teoria, è necessario comprendere il “problema dell’annientamento”. In un universo simmetrico, ogni particella di materia avrebbe una corrispondente antiparticella. Quando si incontrano, svaniscono nell’energia. Affinché la materia dominasse, doveva esserci un meccanismo – una “inclinazione” della bilancia – che permettesse a più materia di sopravvivere che antimateria.
La fisica Alexandra Klipfel ha recentemente presentato un’ipotesi convincente al Global Physics Summit dell’American Physical Society: i buchi neri primordiali potrebbero aver fornito quell’inclinazione.
Come piccoli buchi neri potrebbero aver “inclinato l’ago della bilancia”
A differenza dei buchi neri supermassicci che si trovano al centro delle galassie, questi ipotetici buchi neri primordiali si sarebbero formati da fluttuazioni di densità nel periodo immediatamente successivo al Big Bang.
Il meccanismo proposto funziona come segue:
- Formazione: questi minuscoli buchi neri, ciascuno della massa di una piccola automobile (circa 1.000 kg), si sono formati all’interno del plasma di quark e gluoni, la “zuppa” ultracalda e densa che esisteva prima ancora che si formassero protoni e neutroni.
- Evaporazione: attraverso un processo noto come radiazione di Hawking, questi buchi neri avrebbero perso costantemente massa, irradiando energia nell’ambiente circostante.
- L’esplosione: Entro un solo decimo di miliardesimo di secondo dopo il Big Bang, questi buchi neri sarebbero completamente evaporati in violente esplosioni, inviando massicce onde d’urto attraverso il plasma di quark e gluoni.
Il ruolo delle onde d’urto e il meccanismo di Higgs
La chiave di questa teoria risiede nella “nitidezza” delle onde d’urto create da queste esplosioni. In un universo liscio e uniforme, i processi di materia e antimateria rimarrebbero in equilibrio, annullandosi a vicenda. Tuttavia, un’onda d’urto crea un confine improvviso e violento tra due ambienti diversi.
- All’interno dell’onda d’urto: Le temperature sarebbero così estreme che le particelle mancherebbero di massa perché il meccanismo di Higgs (il processo che conferisce massa alle particelle tramite il bosone di Higgs) non può funzionare a temperature così elevate.
- Al di fuori dell’onda d’urto: Le temperature sarebbero più basse, consentendo alle particelle di acquisire massa.
Quando le particelle oltrepassarono questo confine, l’improvviso cambiamento nelle loro proprietà fisiche – in particolare nella loro massa – avrebbe potuto innescare un processo che favoriva la produzione o la sopravvivenza della materia rispetto all’antimateria. Man mano che l’onda d’urto si espandeva, questo eccesso di materia sarebbe stato “bloccato”, formando alla fine gli elementi costitutivi del cosmo.
Una storia nascosta
Questa teoria offre un potenziale modo per studiare un fenomeno che altrimenti sarebbe rimasto invisibile. Come osserva il fisico teorico Lucien Heurtier, i buchi neri primordiali sono incredibilmente difficili da rilevare perché sono scomparsi da tempo; vissero e morirono nei primi istanti del tempo.
Se questa ipotesi è corretta, l’esistenza del nostro mondo materiale non è un incidente cosmico, ma il risultato di una serie massiccia e coordinata di “fuochi d’artificio” avvenuti all’alba dei tempi.
Se i buchi neri primordiali fossero responsabili dello squilibrio materia-antimateria, allora la morte violenta di questi piccoli oggetti non sarebbe stata solo la fine, ma il necessario inizio dell’universo strutturato in cui abitiamo oggi.
