Gran Sasso, misurata la densità dell’Universo dopo il Big Bang

Scienze
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E’ stato possibile grazie al lavoro dei ricercatori protagonisti della collaborazione scientifica dell'esperimento “Luna” (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics), effettuato presso i laboratori nazionali del Gran Sasso dell'INFN, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. L'esperimento ha permesso di riportare indietro nel tempo "l'orologio fino a pochi minuti dopo la nascita dell'universo”, hanno detto gli esperti

Una misura di altissima precisione legata ad una reazione connessa al fenomeno della “nucleosintesi primordiale”, ovvero il processo che ha portato alla produzione degli elementi chimici più leggeri poco dopo il Big Bang, da cui è stato possibile ricavare un'accurata determinazione della densità della materia di cui è composto tutto quello che oggi conosciamo. Si tratta, nello specifico, della reazione per mezzo della quale da un protone e da un nucleo di deuterio (un isotopo stabile dell'idrogeno il cui nucleo è composto da un protone e un neutrone), si ottiene uno dei due isotopi stabili dell'elio, l'Elio-3. Ad ottenere questa misurazione sono stati i ricercatori protagonisti della collaborazione scientifica dell'esperimento “Luna”, presso i Laboratori Nazionali del Gran Sasso dell'INFN, l’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare. I risultati della scoperta, insieme ad una discussione delle loro conseguenze cosmologiche, sono stati pubblicati sulla rivista “Nature”.

Un'accurata determinazione della densità della materia ordinaria

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I primi buchi neri si sarebbero formati poco dopo il Big Bang

La reazione è indagata con una precisione mai raggiunta prima, come confermano proprio i ricercatori dall'esperimento LUNA (Laboratory for Underground Nuclear Astrophysics), una collaborazione scientifica internazionale composta da circa 50 ricercatori italiani, tedeschi, britannici e ungheresi. Grazie al lavoro degli esperti, infatti, è stato possibile raffinare i calcoli della cosiddetta “nucleosintesi primordiale”, ottenendo così un'accurata determinazione della densità della materia ordinaria (definita la “materia barionica”), di cui è costituito tutto quello che noi oggi conosciamo, compresi anche gli esseri viventi. "In questo particolare studio, oltre alla nostra decennale esperienza nel campo dell'astrofisica nucleare sperimentale, ci siamo avvalsi della preziosa collaborazione del gruppo di fisica astroparticellare e cosmologia teorica dell'Università Federico II di Napoli per ottenere un'accurata determinazione della densità barionica grazie al codice Parthenope, che simula il processo di nucleosintesi primordiale”, ha segnalato Gianluca Imbriani, responsabile della collaborazione LUNA. “Mentre, per la descrizione dell'interazione nucleare abbiamo collaborato con il gruppo di fisica nucleare teorica dell'Università di Pisa".

La nucleosintesi primordiale

Gli esperti, nel raccontare i dettagli di questa rilevazione e come si legge in un comunicato pubblicato proprio sul portale dell’INFN, hanno spiegato che nel corso della loro vita le stelle convertono gli elementi chimici leggeri in elementi più pesanti, attraverso una serie di processi di fusione nucleare. Non tutti gli elementi chimici, però, sono prodotti nelle stelle. In particolare, il protone ed il neutrone che costituiscono i primi mattoni per la costruzione di tutti gli elementi chimici, si sono formati nei primissimi istanti del Big Bang. Per la precisione, sottolineano i ricercatori, dopo circa tre minuti da questo evento, la temperatura è scesa ad un miliardo di gradi ed il deuterio si è prodotto dalla fusione di protoni e neutroni, “senza essere distrutto dall'interazione con i fotoni di alta energia”. È iniziata proprio in questo modo la sintesi degli elementi più leggeri, conosciuta appunto come “nucleosintesi primordiale”.

L'orologio indietro nel tempo fino a pochi minuti dopo la nascita dell'universo

Le misurazioni, hanno detto ancora gli esperti, si sono sviluppate nel silenzio dei laboratori sotterranei del Gran Sasso, “dove 1400 metri di roccia proteggono le sale sperimentali dai raggi cosmici”. L'esperimento, dunque, è stato in grado di ricreare i processi che sono avvenuti durante la nucleosintesi primordiale e che attualmente avvengono nelle stelle, “e di riportare con il suo acceleratore di particelle l'orologio indietro nel tempo fino a pochi minuti dopo la nascita dell'universo”. "L'esperimento LUNA proseguirà la sua attività scientifica nel prossimo decennio con il progetto LUNA-MV, focalizzato sullo studio di processi chiave per la composizione chimica dell'universo e la nucleosintesi degli elementi più pesanti", ha concluso Imbriani.

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