Secondo un recente studio di George Fuller dell’Università della California di San Diego e del suo studente Chad Kishimoto i neutrini prodotti durante il big bang che permangono nell’Universo attuale potrebbero estendersi per distanze dell’ordine dei miliardi di anni luce con la loro funzione d’onda, cioè l’onda che descrive la probabilità della particella di trovarsi in un certo posto prima di interagire con la materia.
L’eco del big bang, la tremenda esplosione primordiale dalla quale, secondo la cosmologia moderna, è scaturito l’Universo attuale, arriva fino a noi e può essere fotografata. Si tratta della cosiddetta radiazione di fondo. Molti avranno visto le spettacolari immagini prodotte dal satellite WMAP che ha mostrato all’umanità la faccia dell’Universo quando aveva appena 300.000 anni. E il 14 maggio è stato lanciato Planck che otterrà delle immagini ancora più dettagliate del cosmo neonato.
Sappiamo anche che oltre ai fotoni della radiazione di fondo, l’Universo attuale ospita anche circa 300 neutrini primordiali per centimetro cubo, neutrini che sono stati prodotti durante il big bang e che sono sopravvissuti fino a oggi. La loro energia è così bassa che non possono essere rivelati con la strumentazione a terra ma solo attraverso telescopi posti a bordo di satelliti.
I neutrini sono particelle che interagiscono pochissimo con la materia e per questo sono molto difficili da rivelare. Possono oscillare in tre forme diverse, chiamate sapori (flavor in inglese). Un neutrino può essere formato da una combinazione dei tre sapori: è un po’ come con i colori primari (rosso, verde, blu) dai quali si possono creare tutti gli altri con milioni di sfumature. La massa dei neutrini nei tre sapori non è nota con precisione, ma sono solo stati stabiliti il limite inferiore e il limite superiore.
Cercando di definire se il limite superiore della massa dei neutrini venga influenzato dall’oscillazione tra i diversi sapori (la risposta è “no”), Fuller e Kishimoto hanno scoperto che la funzione d’onda dei neutrini sopravvissuti dal big bang può estendersi anche per miliardi di anni luce, e quindi attraversare interi ammassi di galassie.
Questo incredibile allungamento è causato dalla combinazione delle tre diverse funzioni d’onda legate ai tre sapori del neutrino, che corrispondono anche a masse diverse. Ogni stato viaggia nello spazio a velocità diverse: quello più pesante viaggia più lentamente, quello più leggero più velocemente. I neutrini del big bang hanno energie molto basse rispetto ai neutrini normali, che viaggiano a una velocità molto prossima a quella della luce. Può capitare allora che la velocità dello stato più pesante sia molto inferiore alla velocità della luce, mentre la velocità dello stato più leggero sia prossima a quella della luce. Per le particelle, la meccanica quantistica prevede che la loro funzione d’onda “collassi” in una posizione definita nel momento in cui viene effettuata una misura. Ma con una funzione d’onda così estesa nello spazio (e quindi anche nel tempo) non è detto che questo capiti. Per saperlo i ricercatori dicono che saranno necessari dei calcoli relativistici che tengano in considerazione l’intera storia dei neutrini e le loro interazioni con la materia.
La ricerca è stata pubblicata su “Physical Review Letters” (George M. Fuller e Chad T. Kishimoto, Quantum Coherence of Relic Neutrinos, Phys. Rev. Lett. 102, 201303, n. 22 maggio 2009)
