È una domanda che ossessiona l'umanità da millenni, e ora un paio di ricercatori dell'Università di Southampton e dell'Istituto Indiano di Tecnologia di Kanpur hanno proposto una risposta che coinvolge una particella che i fisici hanno educatamente ignorato per decenni: un neutrino pesante 'disaccoppiato'. La teoria, pubblicata su Physical Review Letters, suggerisce che questo parente trascurato del neutrino potrebbe essere stato il fattore decisivo per cui la materia è sopravvissuta al Big Bang mentre l'antimateria no.

Il problema è semplice, anche se esistenzialmente allarmante: l'universo primordiale produceva materia e antimateria in quantità quasi uguali. Quando le due si incontrano, si annichilano a vicenda in un'esplosione di energia. Se le quantità fossero state perfettamente bilanciate, praticamente tutta la materia sarebbe svanita, lasciando niente stelle, niente pianeti e, soprattutto, nessuno a ponderare l'assenza di stelle e pianeti.

Entra in scena il neutrino pesante disaccoppiato, un ipotetico cugino più pesante del neutrino ordinario, una particella già famosa per essere estremamente leggera e interagire raramente con la materia ordinaria. La varietà 'disaccoppiata' è generalmente considerata troppo debolmente connessa alle altre particelle per influenzare qualcosa di importante. Per decenni, è stata l'equivalente nella fisica delle particelle di una comparsa sullo sfondo.

Ma secondo i nuovi calcoli, la sua durata insolitamente lunga cambia i conti. La particella potrebbe essere sopravvissuta abbastanza a lungo da dominare temporaneamente la densità energetica dell'universo mentre il cosmo si raffreddava dopo il Big Bang, innescando un periodo dominato dalla materia che alterò l'evoluzione dell'universo primordiale.

Il dottor Rishav Roshan dell'Università di Southampton, autore dello studio, lo ha detto chiaramente: "Questo neutrino pesante disaccoppiato è stato a lungo liquidato come un dettaglio irrilevante di sfondo nella fisica delle particelle. Tuttavia, decade incredibilmente lentamente. Mentre il cosmo si raffreddava dopo il Big Bang, la particella è vissuta abbastanza a lungo da assumere temporaneamente il controllo della densità energetica dell'universo e innescare un periodo dominato dalla materia."

I precedenti tentativi di spiegare l'asimmetria materia-antimateria generalmente escludevano del tutto questa particella, sulla base di motivi apparentemente ragionevoli: qualcosa che interagisce così debolmente difficilmente potrebbe influenzare i processi responsabili della creazione dello squilibrio. La nuova ricerca sfida questa ipotesi, scoprendo che anche una particella con interazioni estremamente deboli potrebbe influenzare indirettamente le condizioni in cui la materia ha ottenuto il suo vantaggio cruciale.

"Il fatto che siamo qui dimostra che si è verificata un'asimmetria tra materia e antimateria", ha aggiunto Roshan. "Il neutrino disaccoppiato ha spostato la temperatura nell'universo primordiale a cui le particelle fondamentali, come gli elettroni e altri leptoni, interagivano con le loro antiparticelle con l'aiuto del bosone di Higgs del Modello Standard. Questa temperatura agisce come un interruttore che modella come si è costruito lo squilibrio materia-antimateria."

Il bosone di Higgs, per chi tiene il conto, è la particella fondamentale associata al meccanismo che conferisce la massa a molte particelle elementari. Nello scenario dei ricercatori, il neutrino pesante ha cambiato le condizioni di temperatura che governano le interazioni chiave delle particelle con il Higgs, spostando effettivamente il momento in cui tali interazioni si verificavano e influenzando lo sviluppo dello squilibrio. In altre parole, qualcosa a lungo considerato insignificante potrebbe aver contribuito a determinare perché l'universo contiene materia.

La teoria ha anche implicazioni per l'espansione dell'universo nelle sue fasi iniziali. Il coautore dello studio, il dottor Sudipta Show dell'Istituto Indiano di Tecnologia di Kanpur, ha affermato che i risultati suggeriscono che la particella dimenticata potrebbe aver alterato drasticamente la storia dell'espansione del giovane cosmo. "Ci offre una nuova spiegazione di come la materia ha vinto", ha detto. "Il drammatico cambiamento nell'espansione iniziale del cosmo lascia impronte distinte ma rilevabili di cambiamenti, ad esempio sulle onde gravitazionali primordiali. Queste firme di onde gravitazionali aprono nuove strade per svelare..."