Rappresentazione artistica del Big Bang / Credit: Science Photo Library / Alamy Stock Photo
Una reazione avvenuta pochi secondi dopo il Big Bang è stata misurata con una precisione senza precedenti sotto il massiccio del Gran Sasso. La misura è stata inserita in un modello teorico che consente di calcolare un parametro cosmologico chiave, la densità della materia "ordinaria" (barionica).
Il risultato è coerente con una misura indipendente dello stesso parametro ottenuta a partire dalla radiazione cosmica di fondo (Cosmic Microwave Background, CMB). Ciò significa che il modello cosmologico standard è sufficiente per spiegare quei processi primordiali: non c'è bisogno di nuova fisica, come invece suggerivano alcuni scienziati.
Circa un secondo dopo il Big Bang, i nuclei degli elementi più leggeri iniziarono a formarsi, un processo chiamato Big Bang Nucleosynthesis (BBN). Le osservazioni astronomiche consentono una stima estremamente precisa dell'abbondanza di deuterio, il primo nucleo a formarsi. Questa abbondanza è un parametro chiave del modello teorico che descrive la BBN. Da esso, gli scienziati possono calcolare la densità barionica.
Tuttavia, questa procedura dà una stima della densità barionica molto più imprecisa rispetto ai calcoli basati sulla CMB. Questo era dovuto a una grande incertezza sulla combustione del deuterio, una reazione in cui un nucleo di deuterio e un protone si combinano per formare un nucleo di elio. Questo processo si potrebbe riprodurre nei laboratori di superficie, ma il suo segnale sarebbe coperto dai raggi cosmici.
L'esperimento LUNA ai Laboratori Nazionali del Gran Sasso / Credit: LUNA Collaboration/LNGS-INFN
Ora, i ricercatori sono riusciti a misurare la combustione del deuterio con l'acceleratore di particelle LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Physics) dei Laboratori Nazionali del Gran Sasso (Italia), una grande struttura sotterranea dove la massa della montagna protegge gli esperimenti dai raggi cosmici. L'esperimento, pubblicato su Nature1, fornisce una stima molto migliore della probabilità con cui avviene quella reazione.
Gli autori hanno quindi inserito questo parametro in un modello della BBN e calcolato la densità barionica, dimezzando l'incertezza precedente e ottenendo un valore compatibile con le stime basate sulla CMB.
"È un vero trionfo per il modello standard", afferma Max Pettini, un astronomo dell'Università di Cambridge, che si occupa di calcoli dell'abbondanza di deuterio e non è coinvolto nell'esperimento.
