Una nuova teoria suggerisce che potrebbe esserci un altro "anti-universo", che corre indietro nel tempo prima del Big Bang. L'idea presuppone che l'universo primordiale fosse piccolo, caldo e denso e così uniforme che il tempo sarebbe simmetrico andando avanti e indietro.
Se è vero, la nuova teoria significherebbe che la materia oscura non è così misteriosa; è solo un nuovo sapore di una particella spettrale chiamata neutrino che può esistere solo in questo tipo di universo. E la teoria implica che non ci sarebbe bisogno di un periodo di "inflazione" che abbia rapidamente ampliato le dimensioni del giovane cosmo subito dopo il Big Bang.
Se fosse vero, allora i futuri esperimenti per andare a caccia di onde gravitazionali, o per fissare la massa dei neutrini, potrebbero dare risposte una volta per tutte all'esistenza di questo anti-universo speculare.
I fisici hanno identificato un insieme di simmetrie fondamentali in natura. Le tre simmetrie più importanti sono: carica (se capovolgi le cariche di tutte le particelle coinvolte in un'interazione alla loro carica opposta, otterrai la stessa interazione); parità (se guardi l'immagine speculare di un'interazione, ottieni lo stesso risultato); e tempo (se si esegue un'interazione a ritroso nel tempo, sembra lo stesso).
Le interazioni fisiche obbediscono alla maggior parte di queste simmetrie per la maggior parte del tempo, il che significa che a volte ci sono violazioni. Ma i fisici non hanno mai osservato una violazione di una combinazione di tutte e tre le simmetrie allo stesso tempo. Se prendi ogni singola interazione osservata in natura e capovolgi le cariche, prendi l'immagine speculare e la esegui indietro nel tempo, quelle interazioni si comportano esattamente allo stesso modo. A questa simmetria fondamentale viene dato un nome: simmetria CPT, che sta per carica (C), parità (P) e tempo (T).
In un nuovo articolo recentemente accettato per la pubblicazione sulla rivista Annals of Physics, gli scienziati propongono di estendere questa simmetria combinata. Di solito questa simmetria si applica solo alle interazioni, le forze e i campi che compongono la fisica del cosmo. Ma forse, se questa è una simmetria così incredibilmente importante, si applica anche all'intero universo. In altre parole, questa teoria estende questa simmetria dall'applicarsi ai soli "attori" dell'universo (forze e campi) al "palcoscenico" stesso, l'intero oggetto fisico dell'universo.
Viviamo in un universo in espansione. Questo universo è pieno di molte particelle che fanno molte cose interessanti e l'evoluzione dell'universo avanza nel tempo. Se estendiamo il concetto di simmetria CPT a tutto il nostro cosmo, allora la nostra visione dell'universo non può essere l'intero quadro.
Invece, ci deve essere di più. Per preservare la simmetria CPT in tutto il cosmo, ci deve essere un cosmo speculare che bilancia il nostro. Questo cosmo avrebbe tutte le cariche opposte a noi, sarebbe capovolto nello specchio e correrebbe indietro nel tempo. Il nostro universo è solo uno di una coppia di gemelli. Presi insieme, i due universi obbediscono alla simmetria CPT.
I ricercatori dello studio si sono poi chiesti quali sarebbero le conseguenze di un tale universo. Hanno trovato molte cose meravigliose. Per prima cosa, un universo che rispetta il CPT si espande naturalmente e si riempie di particelle, senza la necessità di un lungo periodo teorizzato di rapida espansione noto come inflazione. Mentre ci sono molte prove che si è verificato un evento come l'inflazione, il quadro teorico di quell'evento è incredibilmente sfocato. È così sfocato che c'è molto spazio per proposte alternative praticabili.
In secondo luogo, un universo che rispetti il CPT aggiungerebbe alcuni neutrini aggiuntivi al mix. Ci sono tre sapori di neutrini noti: l'elettrone-neutrino, il muone-neutrino e il tau-neutrino. Stranamente, tutti e tre questi sapori di neutrino sono mancini (riferendosi alla direzione del suo spin rispetto al suo movimento). Tutte le altre particelle conosciute dalla fisica hanno varietà sia mancine che destrorse, quindi i fisici si sono a lungo chiesti se ci siano ulteriori neutrini destrimani.
Un universo che rispetti il CPT richiederebbe l'esistenza di almeno una specie di neutrini destrorsi. Questa specie sarebbe in gran parte invisibile agli esperimenti di fisica, influenzando sempre e solo il resto dell'universo attraverso la gravità.
Ma una particella invisibile che inonda l'universo e interagisce solo attraverso la gravità suona molto simile alla materia oscura. I ricercatori hanno scoperto che le condizioni imposte dall'obbedienza alla simmetria CPT riempirebbero il nostro universo di neutrini destrimani, sufficienti a spiegare la materia oscura.
Non avremmo mai accesso al nostro gemello, l'universo CPT-specchio, perché esiste "dietro" il nostro Big Bang, prima dell'inizio del nostro cosmo. Ma questo non significa che non possiamo testare questa idea.
I ricercatori hanno trovato alcune conseguenze osservative di questa idea. Per prima cosa, prevedono che le tre specie di neutrini mancini conosciute dovrebbero essere tutte particelle di Majorana, il che significa che sono le loro antiparticelle (in contrasto con le particelle normali come l'elettrone, che hanno controparti di antimateria chiamate positroni). A partire da ora, i fisici non sono sicuri se i neutrini abbiano questa proprietà o meno.
Inoltre, prevedono che una delle specie di neutrini dovrebbe essere senza massa. Attualmente, i fisici possono porre limiti superiori solo alle masse dei neutrini. Se i fisici riuscissero mai a misurare in modo definitivo le masse dei neutrini, e uno di loro fosse davvero senza massa, ciò rafforzerebbe notevolmente l'idea di un universo simmetrico CPT.
Infine, in questo modello l'evento dell'inflazione non si è mai verificato. Invece, l'universo si è riempito di particelle naturalmente da solo. I fisici ritengono che l'inflazione abbia scosso lo spazio-tempo a un livello così tremendo da inondare il cosmo di onde gravitazionali. Molti esperimenti sono a caccia di queste onde gravitazionali primordiali. Ma in un universo simmetrico CPT, tali onde non dovrebbero esistere. Quindi, se quelle ricerche di onde gravitazionali primordiali risultano vuote, questo potrebbe essere un indizio che questo modello di universo CPT-specchio è corretto.