Un Nobel fra le pieghe dell’universo
di Pietro Greco *
Premio Nobel per la fisica 2006 agli americani John C. Mather e George F. Smoot per le misure dell’anisotropia della radiazione cosmica di fondo realizzate con il satellite COBE tra la fine dell’anno 1989 e l’inizio 1990. Una delle più importanti mai effettuate nella storia, peraltro recente, della cosmologia scientifica perché sono considerate la quarta prova indipendente su cui poggia il modello del Big Bang: il modello che spiega lo sviluppo del nostro universo a partire dai primissimi istanti dopo la sua nascita.
Il progetto COBE è stato realizzato da un team di almeno mille persone, con la collaborazione della Nasa. La missione, portata a termine con successo, era quella di «fotografare» l’universo così come appariva 300.000 anni dopo la sua nascita, quando la temperatura era diventata abbastanza fredda il cosmo divenne «trasparente». John Mather ha coordinato l’intero progetto e ha ricostruito la mappa del fondo cosmico. George Smoot è stato il leader del gruppo che con COBE ha misurato l’anisotropia nella radiazione di fondo. Ha poi raccontato la vicenda, e le sue implicazioni, in un libro, Nelle pieghe del tempo uscito in italiano per i tipi della Mondadori nel giugno del 1994: un vero bestseller scientifico.
Ma cos’è il fondo cosmico e perché è importante la sua leggera anisotropia? Beh tutto nasce nel 1948, quando il fisico russo emigrato negli Stati Uniti, George Gamow, mette a punto un modello - il Big Bang caldo - per spiegare l’evoluzione cosmica. Fu l’autentica e per certi versi clamorosa scoperta di un universo evolutivo: un universo cui non avevano creduto né Newton né lo stesso Einstein. Grande fu, dunque, la sorpresa quando, nel 1929, l’astronomo Edwin Hubble fornì le prove empiriche che davvero il nostro universo si sta espandendo, come previsto da Friedmann. Venti anni dopo Gamow si chiede come sia nato questo universo e perchè, nella sua componente materiale, sia composto da due soli elementi chimici, i più leggeri - l’idrogeno (75%) e l’elio (25%) - con piccole tracce di tutti gli altri elementi più pesanti. Tenendo presente questo dato, le nuove conoscenze sulla fisica sub-nucleare e quella legge della termodinamica secondo cui un sistema isolato in espansione si raffredda, Gamow elabora la sua teoria sull’evoluzione cosmica. Tutto è nato da un’immane esplosione, il Big Bang, di un punticino molto piccolo, denso e caldo in cui si concentrava tutta la materia/energia dell’attuale universo. All’origine il cosmo era, però, composto da un plasma fluido di particelle elementari libere: una sorta di brodo primordiale. Ma, dopo l’esplosione, quando ha iniziato a espandersi a gran velocità, la temperatura ha iniziato a scendere. In meno di 20 minuti, calcola Gamow, in un «lasso di tempo inferiore a quello necessario per cucinare l’anatra e le patate arrosto», il forno cosmico ha cucinato il brodo primordiale trasformandolo in buona sostanza nell’universo materiale che vediamo oggi.
Se il modello del Big Bang è vero, aggiunge Gamow, allora deve esistere nel cosmo una «radiazione omogenea di fondo» relitto dell’epoca in cui materia ed energia si sono disaccoppiate e l’universo è diventato trasparente. Ciò si sarebbe verificato circa 300.000 anni dopo il Big Bang, quando la temperatura è scesa sotto una certa soglia e gli elettroni hanno potuto iniziare a legarsi in modo stabile ai nuclei per formare gli atomi. La radiazione presente in questo periodo ha continuato a raffreddarsi e oggi, sostiene Gamow, dovrebbe ricoprire l’intera volta celeste e avere una temperatura bassissima, di soli 3 gradi sopra lo zero assoluto. Quando poi, nel 1963, Arno Penzias e Robert Wilson scoprono la radiazione omogenea di fondo è la consacrazione definitiva del modello del Big Bang.
C’è tuttavia un elemento ancora da spiegare. Perché quell’universo omogeneo primordiale si è poi trasformato nell’universo attuale, così diversificato: con le sue stelle, le galassie, gli ammassi e i grandi vuoti? È a questa domanda che risponde il satellite COBE progettato da Mather e Smoot. Il quale conferma la grande omogeneità della radiazione di fondo, così come previsto dal modello. Ma rileva anche la leggera anisotropia: delle piccolissime pieghe in quel lenzuolo perfettamente steso. Sono i nuclei intorno a cui, per gravità, la materia inizia ad addensarsi e che poi di lì a qualche centinaio di milioni di anni daranno vita alle stelle e, poi, a tutte le strutture cosmiche attuali.
Con le loro osservazioni Mather e Smoot hanno fornito la quarta prova indipendente a favore del modello del Big Bang e spiegato come sono potute nascere, in breve tempo (si fa per dire), le stelle, le galassie e gli ammassi. Una pietra miliare nella storia della cosmologia scientifica. Una storia a cui hanno contribuito prima e dopo anche molti italiani, fra cui ricordiamo Francesco Melchiorri, Paolo de Bernardis e i fisici italiani dell’esperimento Planck.
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www.unita.it, Pubblicato il: 04.10.06 Modificato il: 04.10.06 alle ore 12.23