Il vuoto quantistico per spiegare l’energia oscura

La quintessenza e l’energia fantasma rappresentano l’ipotesi più nota per spiegare la natura dell’energia oscura in accordo con i dati raccolti dai satelliti Planck dell’Agenzia Spaziale Europea (ESA) e da WMAP (Wilkinson Microwave Anisotropy Probe) della NASA. 

I ricercatori delle università di Barcellona e di Atene suggeriscono che entrambe le possibilità sono solo un miraggio, e che sarebbe il vuoto quantistico che si cela dietro questa energia a muovere il nostro universo. Lo studio è stato pubblicato a febbraio nella rivista Monthly Notices of the Royal Astronomical Society.

Immagine di Planck in viaggio attraverso la materia oscura. (Credit: ESA).

Circa 3/4 dell’universo sono costituiti da una misteriosa energia oscura che ne spiega l’espansione accelerata. Che cosa sia l’energia oscura resta un mistero: la quintessenza, un campo scalare previsto dal Modello Standard e compatibile con la Teoria delle Stringhe, sarebbe un agente gravitante la cui energia potenziale contribuisce all’energia del vuoto, con risultati del tutto simili a quelli causati da una costante cosmologica.

Come la costante cosmologica, la quintessenza eserciterebbe una pressione negativa, come un tappeto di gomma che si arrotola su se stesso. Ma a differenza di questa, potrebbe interagire con altre cose cambiando intensità nel tempo. Questa soluzione dal sapore antico sarebbe molto utile nel risolvere un annoso problema, quello della coincidenza: come mai la densità di energia del vuoto ha iniziato a dominare rispetto alla densità di materia proprio nell’epoca attuale?

L’energia fantasma, una variante della prima dove la densità dell’energia cresce con il tempo, potrebbe poi essere responsabile di una accelerazione cosmica esponenziale che condurrà alla rottura delle forze nucleari negli atomi e, irrimediabilmente al Big Rip (tra circa 20.000 milioni di anni). Le osservazioni di Planck e  WMAP sono essenziali per risolvere la cosiddetta equazione di stato dell’energia oscura, ossia una formula matematica che la caratterizza (come  quella posseduta da stati solidi, liquidi e gassosi).

Ora i ricercatori dell’Università di Barcellona e l’Accademia di Atene hanno utilizzato gli stessi dati satellitari per dimostrare che il comportamento dell’energia oscura non ha bisogno di ricorrere a uno quintessenza o energia fantasma per poter essere spiegata. ” Il nostro studio teorico dimostra che l’equazione di stato dell’energia oscura può simulare un campo di quintessenza, o anche un campo fantasma senza esserlo in realtà, così quando vediamo questi effetti nelle osservazioni di WMAP, di Planck e di altri strumenti, come quelli a cui stiamo assistendo, in realtà si tratta di un miraggio”, ha spiegato Joan Solà, uno degli autori della ricerca.

Poi aggiunge: “quello che noi pensiamo che sta accadendo è un effetto dinamico del vuoto quantistico , un parametro che possiamo calcolare. Il concetto di vuoto quantistico non ha nulla a che fare con la classica nozione di nulla assoluto . Nulla è più pieno del vuoto quantistico, in quanto è pieno di fluttuazioni che contribuiscono fondamentalmente ai valori che noi osserviamo e misuriamo”. Il gruppo di ricerca propone che l’energia oscura non è altro che un tipo di energia dinamica del vuoto quantistico che agisce sull’espansione accelerata del nostro universo. Ma questo è in contrasto con la tradizionale energia del vuoto statico o costante cosmologica, un problema non da poco. “Tuttavia, i campi quintessenza e fantasma sono ancora più problematici, quindi la spiegazione basata sul vuoto quantistico dinamico potrebbe essere, in confronto, quella più semplice e naturale”, ha concluso Solà .

Paper di riferimento:

Spyros Basilakos, Joan Sola, Effective equation of state for running vacuum: “mirage” quintessence and phantom dark energy, in “Monthly Notices of the Royal Astronomical Society”, 437,4, (2014), DOI:10.1093/mnras/stt2135.