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Segnali da (o verso) una regione CPT-simmetrica? Energia oscura e inflazione cosmica non sarebbero più necessarie. I due impulsi radio anomali registrati negli scorsi anni dall’esperimento su pallone Anita potrebbero essere spiegati da uno scenario in cui convivono, nel cosmo, regioni di materia “normale” e regioni popolate da antimateria aventi un orientamento spazio-temporale opposto rispetto al nostro. La suggestiva ipotesi è illustrata in un articolo di Massimo Villata su Annalen der Physik. Lo abbiamo intervistato

Parte da due impulsi radio anomali, registrati negli scorsi anni da un esperimento su pallone – Anita – in volo nella stratosfera sopra il continente antartico, l’articolo (disponibile in open access) pubblicato lo scorso 12 aprile dall’astrofisico Massimo Villata su Annalen der Physik – la stessa rivista sulla quale uscirono nel 1905 i quattro articoli storici di Einstein, e nel 1916 quello celebre sulla relatività generale. E arriva a descrivere un modello – l’universo a reticolo, o lattice universe – che spiegherebbe non solo quei due brevi segnali anomali ma anche, giusto per citare alcuni problemi aperti dell’astrofisica contemporanea, gli atomi d’antielio forse visti da Ams-02, la precocità di alcuni oggetti astrofisici come quelli osservati di recente dal James Webb Space Telescope, l’inflazione cosmica, la natura dell’energia oscura e l’apparente asimmetria fra materia e antimateria. Ricercatore associato all’Inaf di Torino e autore, fra l’altro, di tre romanzi di fantascienza Villata è da tempo impegnato nelle ricerche sulla gravità repulsiva e sull’antimateria. Lo abbiamo intervistato.

Massimo Villata, ricercatore associato all’Inaf di Torino e autore dell’articolo “A Possible Solution to the Mystery of the ANITA Anomalous Events” pubblicato questo mese su Annalen der Physik. Crediti: M. Villata

Due raggi cosmici, quelli registrati da Anita, apparentemente anomali per il loro moto nello spazio: provenienti “da sotto” – come se avessero attraversato la Terra, o come se fossero un riflesso, ipotesi però entrambe non compatibili con le caratteristiche dei segnali stessi. Lei invece, nel suo articolo, propone che la direzione spaziale sia normale, a essere anomalo sarebbe il loro moto nel tempo: quei segnali, dal nostro punto di vista, proverrebbero dal “futuro”. Può spiegarci questo scenario, e perché risolverebbe l’enigma di Anita?

«L’ipotesi principale della gravità CPT su cui si basa l’articolo è che esistano nell’universo regioni CPT-simmetriche a quelle che possiamo comunemente osservare nel cosmo, cioè popolate da antimateria e con un orientamento spazio-temporale opposto rispetto al nostro. Se questo è vero, possiamo ricevere qui sulla Terra particelle relativistiche, cioè raggi cosmici, che provengono da quelle zone, ma, nella nostra percezione temporalmente invertita, ci risulterebbero giungere dal nostro futuro, che poi è il loro passato. Ma noi esploriamo lo spazio-tempo nell’unica direzione che ci è concessa, e quindi percepiamo la sequenza di quegli eventi al contrario, come in un film proiettato alla rovescia, e quelle particelle acquisiscono le caratteristiche delle loro antiparticelle. Quello che succede negli eventi anomali di Anita è che il raggio cosmico che impatta con un componente della nostra atmosfera produce una cascata di particelle secondarie, la cui emissione radio viene rivelata da Anita. Ma noi percepiamo il film rovesciato, e quindi gli impulsi radio ci sembrano diretti verso l’alto, come se il raggio cosmico che li avrebbe originati fosse provenuto da sotto la superficie terrestre. E tale possibilità è stata esclusa dal confronto con i dati di altri osservatori. Quindi l’inversione temporale sembra essere l’unica soluzione, almeno secondo la fisica ad oggi conosciuta».

L’articolo individua anche le due regioni di provenienza – anzi, forse sarebbe più corretto dire di ritorno – delle particelle d’antimateria all’origine dei segnali di Anita: due enormi vuoti cosmici. Regioni che nel suo scenario di “universo a reticolo” non sarebbero vuoti, bensì regioni di antimateria. Che significa? Dentro ci sono antipianeti, antistelle e antigalassie? Come mai non li vediamo? Cosa succede al tempo, là dentro?

«Cominciamo dall’ultima domanda. Al tempo non succede nulla: là tutto si svolgerebbe nel modo usuale come da noi. È solo nel confronto tra i due orientamenti opposti dello spazio-tempo che uno percepirebbe l’inversione temporale dell’altro. È come una versione “speculare” nel tempo anziché nello spazio. Se guardassimo un mondo attraverso uno specchio, vedremmo tutte le persone con il cuore a destra e con una grande maggioranza di mancini, e loro ci vedrebbero nello stesso modo, ma in realtà i due mondi sono identici ed è solo la percezione reciproca che viene rovesciata. E lo stesso per quel che riguarda il tempo: man mano che avanziamo nella nostra direzione temporale, scopriamo il nostro futuro e il loro passato, e lo stesso succede di là. Facciamo l’esempio degli eventi anomali di Anita. Dopo la rivelazione degli impulsi ascendenti, possiamo desumere che la cascata di particelle secondarie si ricompatti a dare luogo all’antiparticella di quel raggio cosmico che l’aveva generata, la quale infine se ne andrà indisturbata verso la sua sorgente di origine.

Così abbiamo implicitamente risposto anche alla domanda se nelle regioni di antimateria ci siano anti-pianeti, anti-stelle e anti-galassie: non si vede alcun motivo per cui i due “mondi” non debbano essere simmetrici e intercambiabili. Sul perché non li vediamo, anche qui c’è già una risposta implicita in quanto abbiamo detto dei raggi cosmici. Per i fotoni vale lo stesso ragionamento: quelli provenienti dallo spazio-tempo opposto non sarebbero da noi percepiti come assorbiti dai nostri rivelatori con il relativo rilascio di energia, ma, al contrario, il rivelatore subirebbe una perdita di energia (ovvero acquisirebbe energia negativa) per dare luogo a un (anti)fotone diretto verso la sua sorgente alla velocità della luce».

Distribuzione nel cielo in coordinate equatoriali di vuoti cosmici a noi vicini. I punti blu indicano i centri dei vuoti, mentre i cerchi blu ne rappresentano l’estensione approssimativa nel cielo. Le due crocette rosse indicano le posizioni delle direzioni verso l’alto dei due eventi anomali rilevati da Anita. Le aree ombreggiate in azzurro rappresentano i vuoti che potrebbero ospitare le loro sorgenti. La linea arancione indica il piano galattico. Fonte: M. Villata, Annalen der Physik, 2026

Ancora sulle regioni che chiamiamo “vuoti cosmici”: come possono condividere lo stesso universo delle regioni di materia normale senza annichilarsi a vicenda? Cosa le tiene separate? E ancora: sono grandi a sufficienza per spiegare l’apparente asimmetria fra materia e antimateria? Intendo dire: quanto “vuoto” c’è? È in quantità paragonabile al “pieno”?

«Le tiene separate proprio la repulsione gravitazionale reciproca, che poi sarebbe la causa dell’espansione dell’universo nonché della sua accelerazione, come mostrato in alcuni miei lavori precedenti. In un articolo del 2012, “‘Dark energy’ in the Local Void”, si considerano in particolare le anomalie cinematiche del nostro vicinato extragalattico (insieme ad altre sue proprietà peculiari) che possono essere spiegate semplicemente da una gravità repulsiva causata dall’enorme Vuoto Locale che incombe su di esso. Da semplici considerazioni dinamiche, si stima che tale gigantesco vuoto possa ospitare una quantità di antimateria dell’ordine di 5×1015 masse solari, cioè equivalente alla massa di un tipico superammasso di galassie. Nel modello cosmologico dell’universo reticolare sviluppato nel successivo articolo, “On the nature of dark energy: the lattice Universe”, si mostra come una tale alternanza di regioni opposte di uguale massa nell’universo possa produrre, senza ulteriori ipotesi, proprio quell’energia repulsiva che invece il modello standard si vede costretto ad infilare a mano col nome intrigante di “energia oscura”, senza preoccuparsi del fatto che non ha alcun significato fisico conosciuto ma appare soltanto come una fantasiosa ipotesi ad hoc per far tornare i conti con le osservazioni».

In effetti, energia oscura e inflazione, nello scenario di gravità CPT da lei proposto, non sarebbero più necessarie. Una bella liberazione, non c’è che dire. Forse troppo, per reggersi solo su due impulsi radio anomali, registrati nel cielo antartico, che sembrano puntare nella direzione giusta. Quali altre conferme osservative potrebbero venire in aiuto? Per esempio, leggo che lei parla della rilevazione di nuclei di antielio come di “smoking gun”: in che senso?

«Beh, come accennato prima, le conferme osservative importanti sono già quelle fornite dal confronto dei risultati del modello con i dati osservativi, primo fra tanti il diagramma di Hubble delle supernove di tipo Ia, nonché l’età dell’universo, per cui l’universo reticolare offre un’età maggiore rispetto ai 13,8 miliardi di anni del modello standard. E questo può risultare molto comodo per risolvere parecchie inconsistenze riguardanti l’età delle stelle più vecchie e la presenza di galassie “mature” troppo a ridosso del cosiddetto “big bang”. Per quel che riguarda la “prova schiacciante”, la “smoking gun”, dei nuclei di antielio, è opinione comune che la loro presenza a livello cosmico sarebbe una prova dell’esistenza di regioni contenenti oggetti astrofisici di antimateria capaci di produrli e soprattutto di accelerarli nel cosmo fino a raggiungerci. Questo non proverebbe che tali regioni sono nei vuoti cosmici, ma l’eccellente candidatura di questi come possibili ospiti, aggiunta al fatto che siamo circondati da enormi vuoti vicinissimi a noi, costituirebbe un forte indizio in questo senso».

L’unica firma in cima al suo articolo è la sua. Cosa abbastanza comune ai tempi in cui Einstein scriveva su Annalen der Physik, molto meno oggi. Come mai? Quanto è difficile pubblicare teorie così radicalmente alternative sulle odierne riviste scientifiche con peer review? E qual è il segreto per riuscirci?

«Non è per niente facile pubblicare qualcosa che sia fuori dal mainstream. In primo luogo perché le riviste scientifiche non gradiscono articoli che non promettano un alto numero di citazioni e quindi contribuiscano a un alto impact factor. Alcune lo dichiarano apertamente, che prendono in considerazione solo ricerca di mainstream. In altri casi, non ti respingono immediatamente l’articolo, ma poi scelgono revisori di mainstream (e di mente poco aperta), ai quali idee nuove che possono minare la loro ricerca convenzionale non fanno sicuramente comodo. È il solito gioco di chi ha ottenuto una qualche notorietà, successo di carriera, fondi e un seguito di collaboratori e studenti destinati alla sua linea di ricerca, magari il tutto al prezzo di duro lavoro e sacrifici personali, per cui è comprensibile che non possa vedere di buon occhio qualcosa che gli potrebbe mandare tutto a monte. Poi ci sono gli altri, quelli che fanno “ricerca” un po’ troppo fantasiosa e poco solida, magari in cerca di notorietà a poco prezzo, e che quindi alimentano la diffidenza verso le novità. Ma tutto ciò non è un problema solo del nostro tempo, è sempre esistita questa eterna lotta contro il mainstream. Aristarco, nel III secolo a.C., aveva già ipotizzato un cosmo a Sole centrale e la Terra come un pianeta, ma venne immediatamente soppresso dall’aristotelismo allora dominante. E Copernico, quasi duemila anni dopo, ebbe il coraggio di riprendere le sue idee e di dar loro una veste matematica. Ma anche lui fu titubante nel pubblicare i suoi risultati, per timore del discredito e della derisione che ne avrebbe ottenuto. Tentennò quasi fino alla fine della sua vita, e furono gli amici sostenitori, un vescovo e un cardinale compresi, a esortarlo a dare il suo lavoro alle stampe. E nella sua prefazione al De revolutionibus ebbe premura di dedicare la sua opera al pontefice, affinché con la sua autorità potesse “trattenere il morso dei sicofanti”. Per ironia della Storia, si stava rivolgendo alla stessa Chiesa che più tardi avrebbe condannato per eresia due dei più convinti copernicani dell’epoca: Giordano Bruno e Galileo Galilei. Quindi noi, eretici moderni, siamo fortunati a dover combattere solo contro revisori che tutt’al più, male che vada, ci rifiuteranno l’articolo».