Circa cinquecento autori, oltre quattrocento pagine, un’opera monumentale, una rassegna ponderosa su tutte le anomalie e le cosiddette tensioni della cosmologia contemporanea. S’intitola “The CosmoVerse White Paper”, dunque è un cosiddetto libro bianco, lo potete trovare da questo mese in rete su arXiv e si propone – come esplicita il sottotitolo – di “affrontare le tensioni osservative in cosmologia con gli effetti sistematici e la fisica fondamentale”, a partire dalla tensione per eccellenza: la tensione sulla costante di Hubble.
Eleonora Di Valentino, prima autrice del White Paper, ha conseguito il dottorato in fisica, con una tesi in cosmologia, all’Università di Roma “La Sapienza”. Successivamente, ha lavorato all’Institut d’Astrophysique de Paris come “Lagrange Fellow”, contribuendo al lavoro del team Planck per il rilascio finale dei dati. Si è poi trasferita nel Regno Unito con un incarico postdoc all’Università di Manchester, dove ha collaborato con la Dark Energy Survey. In seguito, è stata nominata Addison-Wheeler Fellow presso l’Institute of Advanced Studies dell’Università di Durham. Ora è una Royal Society Dorothy Hodgkin Research Fellow presso l’Università di Sheffield
In breve, uno stato dell’arte sulle di cui si sentiva da tempo il bisogno, un’opera destinata a diventare un riferimento per chiunque voglia misurarsi sui limiti della cosmologia contemporanea e su ciò che non torna nei dati – dunque eventuali effetti sistematici – o nei modelli – dunque nella fisica fondamentale, che potrebbe aver bisogno di essere in parte rivista. A firmarlo come prima autrice, insieme a Jackson Levi Said, è un’astrofisica italiana, Eleonora Di Valentino. Laurea e dottorato alla Sapienza, a Roma, poi anni di ricerca all’estero, in Francia e nel Regno Unito, Di Valentino lavora oggi come Royal Society Dorothy Hodgkin Fellow all’Università di Sheffield. L’abbiamo intervistata.
Com’è nato questo lavoro? E come li avete messi insieme, lei e Levi Said, cinquecento colleghi per fare il punto su ciò che non sappiamo?
«CosmoVerse è una Cost Action europea nata quasi tre anni fa. L’idea di CosmoVerse nasce dal lavoro intrapreso per il white paper che ho co-coordinato insieme a Luis Anchordoqui per il processo SnowMass, già in quell’occasione il documento aveva raccolto l’interesse di circa duecento autori. Il tema delle tensioni cosmologiche è in rapida crescita, con Jackson abbiamo pensato di proporlo come Cost Action e la risposta è stata eccezionale: abbiamo raccolto l’adesione di circa cinquecento ricercatori. All’interno di CosmoVerse portiamo avanti numerose iniziative: conferenze, PhD schools, seminari online, un canale Youtube, lezioni per undergraduate o ragazzi delle scuole superiori, eccetera. Il White Paper di CosmoVerse rappresenta un vero e proprio statement della comunità cosmologica: le tensioni esistono, non possono più essere ignorate e c’è ancora molto lavoro da fare – sia sul fronte sperimentale, sia in ambito di analisi dati e teoria».
Sin dal titolo, tensioni al plurale. Spesso su Media Inaf abbiamo avuto occasione di parlare della tensione sulla costante di Hubble. Ma il vostro White Paper ne elenca numerose altre, di tensioni o anomalie. Ce ne sono una o due secondo lei particolarmente significative, oltre naturalmente a quella su H0?
«Ce ne sono diverse, con una significatività statistica più o meno marcata e un grado di controversia variabile, spesso legato alla possibilità che si tratti di effetti sistematici negli esperimenti. Se dovessi sceglierne una oltre alla tensione su H0, la risposta più semplice è la recente indicazione di dark energy dinamica (Dde), emersa dai dati Desi Bao e supernove. Una diretta conseguenza è il disaccordo del valore della massa dei neutrini così ottenuta con la somma delle masse dei neutrini inferita dagli esperimenti di laboratorio. Ovviamente, la Dde non risolve la tensione su H0, il che rende il quadro ancora più intrigante e complesso».
A proposito di anomalie e domande irrisolte, negli ultimi anni mi pare che si notino alcune tendenze. Per esempio, nel campo della ricerca delle particelle candidate per spiegare la materia oscura si parla sempre meno delle Wimp e sempre più di particelle più leggere, come gli assioni. In cosmologia c’è qualche tendenza analoga? Qualche spiegazione che sta godendo di meno consensi rispetto al passato, a favore di un’altra più promettente?
«Per quanto riguarda le possibili risoluzioni della tensione di Hubble, abbiamo osservato una tendenza verso modifiche della storia dell’espansione dell’universo prima della ricombinazione. Per questo motivo, soluzioni come l’early dark energy (Ede) sono state a lungo considerate tra le più promettenti, mentre i modelli che intervengono a late-time or late dark energy sono stati in parte trascurati.
Tuttavia, con i nuovi dati Bao e supernove e l’emergente possibilità che l’universo non sia più ben descritto dal modello Lambda-Cdm ai bassi redshift, credo che assisteremo presto a un rinnovato interesse verso modelli a late time. Ad esempio, modelli di interazione tra materia oscura e energia oscura, oppure teorie di gravità modificata, potrebbero offrire spunti utili per affrontare queste tensioni».
A volte sentiamo paragonare la fisica di oggi a quella di fine dell’Ottocento, quando si pensava che ormai non ci fosse più molto da scoprire, e che ormai si trattasse solo risolvere qualche dettaglio che non tornava. Ma proprio uno di quei “dettagli” tra virgolette, l’emissione di corpo nero, si rivelò poi la tana del Bianconiglio che portò alla straordinaria rivoluzione della fisica del Novecento. Anche alcune di queste tensioni che avete individuato potrebbero rappresentare la porta di accesso a una nuova cosmologia o a una nuova fisica altrettanto rivoluzionarie?
«Sicuramente la tensione su H0, che ha ormai raggiunto una significatività statistica prossima alle 6 sigma, è la più rilevante. Dal mio punto di vista, siamo sempre più vicini a un vero e proprio cambio di paradigma, perché ci sono molti piccoli segnali che non tornano, e le numerose modifiche proposte al modello Lambda-Cdm (ne abbiamo analizzate e catalogate centinaia nella letteratura) non risultano soddisfacenti né risolutive. Purtroppo, al momento non ci sono indizi chiari che puntino in una direzione univoca, e questo rende difficile formulare previsioni di qualsiasi tipo».
E ora cosa ne sarà del vostro White Paper?
«Ora speriamo di poter sottomettere una nuova proposta per la prossima Cost Action, una possibile CosmoVerse 2.0, per proseguire il lavoro che abbiamo avviato con grande entusiasmo. Il White Paper sarà pubblicato a breve, mentre un libro dedicato alla tensione su H0 è già disponibile. Ci auguriamo che questo sforzo possa avere un impatto anche sulle decisioni relative ai futuri strumenti e missioni, perché l’interesse verso l’argomento è in continua crescita e ci sono molte persone motivate a contribuire attivamente».
Per saperne di più:
- Leggi su arxiv il White Paper “The CosmoVerse White Paper: Addressing observational tensions in cosmology with systematics and fundamental physics”, di Eleonora Di Valentino, Jackson Levi Said, Adam Riess, et al.