Le ultime scoperte della fisica: quali sviluppi per il futuro?

Le ultime scoperte della fisica hanno svelato realtà del nostro universo per lo più ipotizzate da lungo tempo ma mai definitivamente sondate dai pur validi studi di quanti si sono occupati di tale materia. Così, una volta confermate, hanno stupito tutti. 

Dal 2013, ad esempio, quando gli scienziati del Large Hadron Collider (LHC) hanno confermato di aver scoperto il bosone di Higgs, la particella che conferisce massa alle altre particelle subatomiche, la fisica è entrata in una sorta di limbo. Il bosone era l’ultimo pezzo di puzzle mancante al cosiddetto Modello Standard, il modello attualmente utilizzato per spiegare il comportamento delle particelle più minuscole da cui è composta la materia. Eppure, sono ancora tante le domande chiave sull’universo che rimangono ancora senza risposta.

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Sarà proprio quello che stiamo vivendo l’anno in cui queste domande troveranno risposta? A quali sviluppi potrà portare la ricerca di nuove particelle per spiegare la materia oscura, a cosa gli studi sulle particelle subatomiche?

Ecco quali sono state le 5 ultime grandi scoperte del mondo della fisica e quali sono nell’immediato i loro sviluppi.

Le ultime scoperte della fisica e i loro immediati sviluppi

1. Una nuova particella?

La più grande novità nel mondo di fisica delle particelle è stata costituita dall’accenno fugace ad una potenziale nuova particella trovata per mezzo di due esperimenti condotti in modo separato al LHC, il più grande acceleratore atomico del mondo.

Alcuni fisici hanno affermato infatti di aver ottenuto in modo provvisorio la prova dell’esistenza di un nuovo tipo di particella con una massa pari a circa 800 volte quella del protone. Ora la sfida consiste nel provare a vedere se il suo segnale diventa più forte o svanisce. Finora la prova di questa esistenza è ad uno stadio preliminare – c’è circa 1 possibilità su 4 che il segnale emanato sia dovuto al singolo caso, e non ad una vera e propria particella. Anche se questo può sembrare un elemento abbastanza confortante per i profani, i fisici di solito cercano un risultato definito “5-sigma”, ovvero che le probabilità che il segnale sia  dovuto al caso arrivino ad essere 1 su 3,5 milioni.

Se c’è davvero una particella misteriosa di questa massa in agguato nell’universo, questo significa che i fisici non avevano affatto idea che si trovasse lì e non hanno di conseguenza elaborato ancora alcuna teoria che la prevedesse. Da allora, tuttavia, molte persone si sono precipitate a riempire questo vuoto. In entrambi i casi, nel giro di circa un anno, ognuno dei due esperimenti in corso otterrà nuovi elementi e nuovi dati, in misura 10 volte superiore a quelli in possesso fino ad ora, così gli scienziati sapranno se si tratta di un blip statistico o di una vera e propria particella sconosciuta.

2. Le onde gravitazionali

Le onde gravitazionali, o increspature che emergono dalla deformazione dello spazio-tempo previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein sono state a lungo proposte teoricamente come le principali afferenti della radiazione gravitazionale. Gli scienziati prevedono che il disintegrarsi galattico di stelle di neutroni, supernovae e altri fenomeni come il Big Bang lascino traccia di queste onde gravitazionali nell’universo.

Tuttavia, queste increspature dello spazio-tempo sono state solo intraviste in modo indiretto e gli esperimenti progettati per rilevarle, come Laser Interferometer Gravitational Observatory (LIGO), devono ancora intercettare le loro tracce. Inoltre, gli scienziati hanno tenuto spento il LIGO per anni e hanno utilizzato al suo posto rivelatori più sensibili. La speranza e il rilevatore è stato finalmente riacceso nel settembre del 2015. Il rivelatore Advanced Ligo è dunque installato e funzionante, e potrebbe essere in grado di vedere qualcosa al più presto.

3. La materia oscura

Fino all’80 per cento dell’universo è costituito da un misterioso tipo di materia che non emette o assorbe luce, rendendosi invisibile ai telescopi. Questa cosiddetta materia oscura sembra esercitare un’attrazione gravitazionale sugli oggetti luminosi dell’universo, ma nessuno sa che cosa sia in realtà la materia oscura, come sia fatta o come funzioni. Eppure c’è qualche speranza di trovare una soluzione a questo enigma entro il 2016.

Un certo numero di rivelatori sotterranei, dallo SNOLab di Sudbury Ontario al Laboratorio Nazionale del Gran Sasso d’Italia, stanno lavorando per individuare direttamente la materia oscura. Molti fisici presumono che la materia oscura sia composta da deboli Interacting Massive Particles, o WIMPS. Questi rivelatori sotterranei utilizzano la Terra per assorbire la maggior parte dei raggi cosmici che possono oscurare le deboli tracce che proverebbero l’esistenza della materia oscura. I fisici avrebbero visto possibili segni di WIMP di materia oscura come tracce lasciate dal rimbalzare dei loro nuclei atomici in questi rivelatori sotterranei. E’ difficile dire quando questo potrebbe accadere, ma potrebbe essere il più presto possibile.

4. La supersimmetria

Altri esperimenti condotti all’LHC dovrebbero anche confermare la presenza di particelle esotiche fatte di particelle subatomiche esistenti, come i pentaquark e i tetraquark, che sono costituite da quark. E la supersimmetria, la teoria in base alla quale ogni particella di materia ha un partner costituito di antimateria, potrebbe essere approfondita nei prossimi mesi per mezzo di altri esperimenti condotti sempre all’LHC.

5. L’energia oscura

Oltre a queste, ci sono alcune domande a lungo termine che potrebbero potenzialmente essere chiarite o forse anche risolte nel corso dei prossimi anni. Mentre gli scienziati hanno confermato che la teoria della relatività generale tiene come modello su scale relativamente piccole, essi ancora non sanno se sia adatto alle grandi distanze, note come scale cosmologiche. Per esempio, dal momento che i fisici hanno scoperto che l’universo si è progressivamente espanso (il che significa che la sua espansione verso l’esterno sta ancora accelerando), molti hanno ipotizzato l’esistenza di una energia oscura, una forza misteriosa che contrasta la gravità per scagliare le cose verso l’esterno. Ma un’altra possibilità è semplicemente che la relatività generale non sia applicabile su scale cosmologiche.

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