Un passo avanti nella comprensione delle leggi fondamentali dell’Universo arriva dallo studio di un fenomeno sottile ma cruciale: la birifrangenza cosmica, una possibile rotazione della polarizzazione della luce primordiale emessa subito dopo il Big Bang. Un nuovo lavoro, pubblicato su Physical Review Letters, introduce per la prima volta un metodo quantitativo per ridurre le incertezze nella misura di questo effetto, che potrebbe rivelare l’esistenza di nuove particelle elementari e spiegare perché l’Universo non sia perfettamente simmetrico tra destra e sinistra. La ricerca è guidata da Fumihiro Naokawa, dottorando all’Università di Tokyo, in collaborazione con Toshiya Namikawa, project associate professor al Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe (Kavli IPMU).
Al centro dello studio c’è l’analisi delle ambiguità di fase che affliggono la misura dell’angolo di rotazione della birifrangenza cosmica, un parametro osservativo chiave che finora è stato stimato intorno a 0,3 gradi. La luce della radiazione cosmica di fondo (CMB), l’eco del Big Bang, trasporta informazioni preziose sulle prime fasi della storia cosmica. Negli ultimi anni, alcune osservazioni hanno suggerito che la direzione di polarizzazione di questa luce possa ruotare durante la propagazione nello spazio, un effetto che potrebbe essere legato a nuove teorie fisiche, come quelle che prevedono l’esistenza degli assioni, candidati alla materia oscura.
Tuttavia, misurare con precisione questa rotazione è estremamente complesso. “Come guardare un orologio senza sapere quanti giri hanno fatto le lancette“, spiega Naokawa, sottolineando che osservando solo lo stato attuale non è possibile distinguere tra una rotazione di pochi gradi e una rotazione molto più ampia. In termini fisici, questo si traduce in un’ambiguità di fase di 180 gradi nella misura dell’angolo di birifrangenza.
Lo studio
Il team ha dimostrato che analizzando in dettaglio la forma del segnale di correlazione EB della CMB è possibile recuperare informazioni sul numero effettivo di rotazioni subite dalla polarizzazione, riducendo drasticamente l’incertezza.
Lo studio suggerisce inoltre che, una volta tenuta conto questa ambiguità di fase, la birifrangenza cosmica influenzi anche un altro segnale fondamentale della CMB, la correlazione EE, utilizzata per stimare la cosiddetta “profondità ottica” dell’Universo e studiare l’epoca della reionizzazione cosmica. Ciò potrebbe rendere necessaria una revisione di alcune misure cosmologiche precedenti.
Il metodo sviluppato apre nuove prospettive per le future osservazioni ad alta precisione, come quelle previste dal Simons Observatory e dalla missione spaziale giapponese LiteBIRD, rafforzando il legame tra osservazioni cosmologiche e fisica fondamentale.
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