Il secondo della creazione

RESPIRA

[Per gentile concessione dell’autore]

Oggi vi racconterò una storia, o forse la Storia. Ma prima facciamo un esperimento.Guardate molto attentamente il mondo attorno a voi. 
Ora chiudete gli occhi e inspirate. 
Riapriteli. 
È passato circa un secondo da quando avete chiuso gli occhi e il mondo attorno a voi può sembrare lo stesso di prima. 
Ma non è così. 
In questo secondo la popolazione mondiale è mediamente incrementata di due unità. 
Nell’atmosfera sono state immesse circa 1.000 tonnellate di anidride carbonica. 

La Terra ha percorso 30 Km nel suo moto attorno al Sole e quest’ultimo oltre 200 attorno al centro della Via Lattea. Nonostante un secondo possa sembrare breve, tante cose accadono nel nostro universo in questo lasso di tempo.
Questi avvenimenti, tuttavia, sono nulla se rapportati a quanto accadde nel secondo più importante che sia mai trascorso nella storia dell’universo: il suo primo secondo di vita.
Partiamo dall’inizio, nel vero senso della parola. Tutta la materia dell’universo è compressa in una regione di spazio piccolissima, una singolarità primordiale. E poi tutto ebbe inizio.

ERA DI PLANCK – 10-43 s dopo il Big Bang
L’universo è appena nato. È grande un triliardesimo delle dimensioni di un protone ed è popolato da materia densissima e caldissima. Tutte le particelle e la materia che conosciamo oggi ancora non esistono ma, nonostante le sue minuscole dimensioni, già contiene tutti gli ingredienti che formeranno stelle e galassie. In questo preciso istante, pensiamo che la natura sia governata dalla famosa teoria del tutto, secondo la quale le quattro interazioni fondamentali – gravità, elettromagnetismo, interazione debole e forte – sono una sola interazione unificata.

ERA DELLA GRANDE UNIFICAZIONE – 10-43 -10-36 s dopo il Big Bang
Questa fase comincia con la separazione della gravità dalle altre tre interazioni.L’universo ha una temperatura miliardi di miliardi di volte più elevata di quella che troviamo nel nucleo delle stelle e le sue dimensioni sono ancora inferiori a quelle di un nucleo atomico.Al termine di questa fase, a causa del calo delle temperature, anche l’interazione forte, ovvero quella che oggi tiene assieme i protoni e i neutroni, si separa dalle altre due.

ERA DELL’INFLAZIONE – 10-36 -10-32 s dopo il Big Bang
L’universo attraversa una fase di violenta espansione. In una frazione di secondo infinitesima la sua dimensione incrementa di circa mille miliardi di miliardi di volte, se siete interessati a questo fenomeno ne ha parlato il buon Andrea, più dettagliatamente, qui. È come se una pallina da tennis passasse improvvisamente dalle sue normali dimensioni, a circa 40.000 anni luce di diametro. Le cause di questa espansione non sono ancora del tutto chiare: alcuni pensano che la propulsione che l’ha innescata possa essere stata la separazione dell’interazione forte dalle altre interazioni fondamentali, ma la sua origine rimane uno dei grandi misteri della cosmologia moderna.

ERA ELETTRODEBOLE – 10-36 -10-12 s dopo il Big Bang
Le ultime due interazioni, ancora accoppiate, si scindono. L’interazione elettrodebole si separa in elettromagnetismo e interazione debole. In questa fase il bosone di Higgs conferisce massa ai bosoni W e Z, mentre i fotoni, rimasti privi di massa, sono liberi di viaggiare alla velocità della luce, ne avevamo parlato qualche tempo fa, ricordate? No? Allora leggete qui. Qui cominciano le nostre – poche – conoscenze: le condizioni che ci sono nell’universo a questo punto della sua vita sono, infatti, replicabili in laboratori come il Large Hadron Collider del Cern di Ginevra.

ERA DEI QUARK – 10-12-10-6 s dopo il Big Bang
L’universo è oramai immenso, le temperature crollano fino a mille miliardi di gradi e in queste condizioni i quark, i costituenti ultimi della materia, cominciano a emergere dalla calda brodaglia dell’universo primordiale. Verso la fine di questa era assistiamo all’evento più catastrofico ed esplosivo che l’universo abbia mai conosciuto. Questo, infatti, è popolato da una gran numero di quark e antiquark (la corrispondente antiparticella, ovvero una particella con carica elettrica opposta) i quali, scontrandosi, vanno incontro a un processo detto annichilazione che distrugge completamente le due particelle, liberando una gran quantità di energia. Una leggera sovrabbondanza di quark – circa uno su un miliardo – rispetto agli antiquark fa sì che non tutta la materia dell’universo si annichilisca. Ciò che noi oggi vediamo, le stelle, le galassie e le persone che incontriamo tutti i giorni, è costituito da quel piccolissimo surplus di quark sopravvissuto a questa catastrofe primigenia.

[Per gentile concessione dell’autore]

ERA DEGLI ADRONI – 10-6 -1 s dopo il Big Bang
Le temperature si abbassano ulteriormente. I quark, emersi da quella calda melassa che popola l’universo, con il crollo della temperatura, tendono a legarsi tra di loro per raggiungere una maggiore stabilità. Si formano così le prime strutture nucleari complesse: due quark up e un quark down si legano a formare un protone, mentre due down e un up formano un neutrone. L’universo comincia a essere popolato da un mare variegato di particelle differenti, composte da quark, chiamate adroni. È appena iniziato il loro regno.

È passato un secondo. L’universo ha ora dimensioni di qualche anno luce, ma è ancora ben diverso da oggi: è colmo di particelle immerse in un mare di fotoni. Questi vengono continuamente assorbiti ed emessi dalla materia, non consentendo alla luce di propagarsi libera e rendendo l’universo una gigantesca palla opaca. La luce non sarà in grado di viaggiare indisturbata ancora per 300.000 anni; non esistono stelle, pianeti o galassie. Non ancora. Ma dopo solo un secondo di vita, dopo il suo primo respiro, questo giovane universo contiene già le particelle che nei successivi tredici miliardi di anni formeranno le imponenti e meravigliose strutture che ammiriamo nel cielo notturno.

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Davide Laudicina
Laureato in Fisica all’Università di Milano-Bicocca, attualmente frequento il corso di laurea magistrale in Fisica Teorica. Orgogliosamente Nerd, nel tempo libero ho sviluppato una dipendenza da serie TV, fumetti e libri e una malsana attitudine nel perdermi durante escursioni in montagna.

Fonti e approfondimenti

  1. http://worldbirthsanddeaths.com/;
  2. https://ourworldindata.org/co2-and-other-greenhouse-gas-emissions#co2-emissions-global-and-regional-trends;
  3. https://www.mpi-hd.mpg.de/lin/events/group_seminar/inflation/heeck.pdf;
  4. http://indico.ictp.it/event/a12197/session/4/contribution/2/material/0/0.pdf;
  5. https://web.njit.edu/~gary/202/Lecture26.html.

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