I neutrini risolvono un annoso problema cosmologico

Un team di ricercatori delle università di Manchester e di Nottingham sono riusciti a risolvere un annoso problema cosmologico: usando le “osservazioni” del Big Bang e la misura della curvatura dello spazio-tempo forniteci da Planck sono infatti riusciti ad ottenere la prima misurazione precisa della massa dei neutrini. Cosa hanno a che fare queste elusive particelle elementari con le ipotesi cosmologiche sulla genesi dell’universo?

Grazie ai dati raccolti da Planck abbiamo a disposizione nuove mappe ad alta risoluzione della CMB o Cosmic Mocrowave Background (la radiazione di fondo risalente a 380.000 anni dopo il Big Bang). Queste mappe forniscono in dettaglio i modelli di evoluzione dell’universo primordiale sulla base dello studio delle variazioni delle temperature: ecco che entrano in gioco i neutrini.

Credit: ESA and the Planck Collaboration – D. Ducros

I cosmologi ritengono infatti che le interazioni tra alcuni tipi di particelle possano essere annoverate tra le cause di queste variazioni termiche. Dal momento che non c’è accordo né sul numero né sulla tipologia di particelle presenti a quell’epoca della storia dell’universo, resta aperta la possibilità che uno (o più) tipi di neutrini vi abbiano giocato un ruolo determinante (si tratta di particelle quasi del tutto prive di massa che vagano passando indisturbate attraverso la materia). I recenti dati raccolti da Planck sembrano confermare queste ipotesi, anche se non risolvono tutte le criticità note. La CMB ha permesso di misurare con precisione alcuni parametri cosmologici come la quantità di materia presente nell’universo e la sua età. Più dati si riescono a raccogliere più sembra che le contraddizioni con altri tipi di osservazioni siano ineliminabili: ad esempio, quando si ragiona su larga scala e si tenta di spiegare la distribuzione delle galassie nell’universo.

Il punto è che noi osserviamo un minor numero di ammassi di galassie di quanto ci si aspetterebbe dai risultati di Planck e che la lente gravitazionale delle galassie remote è più debole rispetto a quanto la distribuzione della CMB suggerirebbe. Ecco che intervengono i neutrini. Un modo possibile per risolvere questa discrepanza è ammettere che i neutrini abbiano massa. L’effetto di questi neutrini massivi sarebbe quello di limitare, rallentandola, la crescita di strutture dense che portano alla formazione degli ammassi.

Le nostre conoscenze sui neutrini hanno subito una forte accelerazione nel corso del 2013: ora gli scienziati ipotizzano che, per spiegare gli effetti descritti, queste particelle debbano avere una massa di circa 0.06 eV (molto meno di un  miliardo di volte la massa del protone). Stimano che la somma delle masse dei neutrini di tutti i sapori debbano oscillare tra 0.320 +/- 0.081 eV. A questo proposito, il Dottor Adam Moss, uno degli autori della ricerca, ha sostenuto che “se questo risultato verrà confermato da ulteriori analisi, non solo contribuirà ad accrescere le nostre conoscenze del mondo subatomico, ma sarà anche un’importante passo avanti per proporre un’estensione al modello standard della cosmologia sviluppato negli ultimi dieci anni”.

Paper di riferimento:

Richard A. Battye, Adam Moss. Evidence for Massive Neutrinos from Cosmic Microwave Background and Lensing Observations. Physical Review Letters, 2014; 112 (5) DOI: 10.1103/PhysRevLett.112.051303