La particella chiamata “Inflatone” è quella che secondo l’attuale modello Standard della fisica delle particelle, e del modello cosmologico, è responsabile dell’inflazione generata nell’universo, cioè la rapida ma drastica accelerazione nell’espansione dell’Universo avvenuta 10^-35 secondi dopo il Big Bang. Oscillando sul rispettivo campo di Higgs prima di stabilirsi su un punto energetico fisso, l’inflatone, secondo il modello inflazionario, fece espandere lo spazio dalle dimensioni miliardi di volte più piccole di quelle di un protone ed una posta a metà fra una biglia ed un pallone da calcio, liberando una quantità quasi uniforme di radiazione nell’Universo. Le irregolarità nella distribuzione della radiazione, originate da fluttuazioni quantistiche, sono responsabili della disomogeneità della materia presente nell’Universo attuale.
Questa particella non è ancora stata scoperta, ma i posti dove può nascondersi stanno finendo, e ci stiamo avvicinando sempre di più al trovarlo, grazie anche ad una nuova struttura teorica chiamata la “supersimmetria”(SUSY, dal inglese supersymmetry).

Enormi, e principalmente estinte, la particelle supersimmetriche sono come i dinosauri della fisica delle particelle. Ognuna di queste “sparticelle” (Nella fisica delle particelle, una sparticella o s-particella o superpartner è una particella elementare ipotetica)è il partner di una particella conosciuta, e hanno già aiutato a risolvere diversi problemi cosmologici, inclusi alcuni che hanno aiutato a indirizzare meglio la ricerca di una futura teoria unificata della fisica.



Adesso due teorie suggeriscono che alcune particelle potrebbero anche essere componenti del elusivo inflatone. Se una delle teorie si dimostrerà giusta, costituirebbe un primo sguardo sicuro sul processo cosmico dell’inflazione. Per di più,la cosa più importante, è che una di queste teorie, verrà presto messa alla prova dai fisici durante le collisioni del LHC al CERN.

La maggior parte del periodo dell’inflazione rimane un mistero. Quello di cui siamo sicuri è che una frazione di un nanosecondo dopo il big bang, l’universo si è espanso dalle dimensioni molto molto più piccole di quelle di un protone, fino a qualcosa tra un palla di calcio e un campo di calcio” ha spiegato Stefan Antush, del Max Planck Institute for Physics a Monaco in Germania.

L’energia che ha portato a questa espansione più veloce della luce si pensa che fosse depositata in un campo, simile a quello magnetico o gravitazionale. Ogni campo ha una particella associata, secondo il modello standard della fisica, la teoria che comprende con successo tutte le particelle conosciute insieme a 3 delle 4 forze che agiscono su di esse. Nel caso del campo che si pensa abbia alimentato l’inflazione, i fisici hanno ipotizzato l’esistenza della particella chiamata “inflatone”.

Anche se poco si conosce su di essa, l’inflatone deve aver generato tutta la materia dell’universo dall’energia presente nel suo campo, quindi per questo Antusch la chiamata la “madre dell’universo”. Dovrà comunque anche essere consistente con l’attuale modello standard, per questo alcuni fisici, cercando di mettere insieme i pezzi dell’identità dell’inflatone si sono rivolti alla SUSY, che è un estensione del modello standard.

Nella fisica delle particelle, la supersimmetria (o SUSY da SUper SYmmetry) è una simmetria che associa particelle bosoniche (che possiedono spin intero) a particelle fermioniche (che hanno spin semi-intero) e viceversa .
Le particelle si dividono in due classi fondamentali che sono i bosoni ed i fermioni.Dove un fermione(chiamato cosi in onore di Enrico Fermi) occupa un solo stato quantico(dove uno stato quantico è un oggetto matematico usato per rappresentare un sistema quantistico)mentre un bosone(chiamato cosi in onore del fisico indiano Satyendra Nath Bose) non obbedisce alla regola di prima, infatti i bosoni sono liberi di affollare in gran numero, lo stesso stato quantico.



In altre parole la supersimmetria è per definizione una simmetria tra fermioni e bosoni .Detta in maniera semplificata, per la supersimmetria, ogni particella ha un superpartner.Infatti, come conseguenza di una trasformazione di supersimmetria, ogni fermione ha un superpartner bosonico ed ogni bosone ha un superpartner fermionico. Le coppie sono state battezzate partner supersimmetrici, e le nuove particelle vengono chiamate appunto spartner, superpartner, o sparticelle
“
Le particelle di materia sono fermioni, hanno spin 1/2, e fin’ora nessuno specchio è stato in grado di intervenire per mutare questa caratteristica:
nessuna simmetria è stata in grado di collegare un fermione(spin semidispari) ad un bosone(spin intero)…

Occorreva qualcosa di più… qualcosa che andasse oltre, che superasse i normali specchi: quel qualcosa è la SUPERSIMMETRIA (SUSY-SUperSYmmetry).Secondo questa teoria, infatti, tutte le particelle sono state create ” a coppie” in cui vi è uno scarto di spin pari a un mezzo.
Ad ogni particella può essere quindi affiancato un patner supersimmetrico, che sarà un fermione per un bosone, ed un bosone per un fermione. Ma sappiamo benissimo che queste particelle differiscono in maniera rilevante.
Sarebbe come pretender di far specchiare un leone in uno specchio e di vedere una lepre. Il primo vive in branco, il secondo è solitario… hanno ruoli completamente diversi.

I fermioni sono solitari: se così non fosse gli elettroni non si disporrebbero in livelli attorno al nucleo, ma si riunirebbero a formare aggregati… ci pensate? nuclei di elettroni! Per contro i bosoni si radunano alla grande: pensate alle miriadi di fotoni concentrati in un raggio laser…

Come possono particelle così diverse esser una l’”immagine speculare” dell’altra?

In questo caso è utile usare il concetto di freccia: è come se esistesse una “superparticella” per coppia dotata di una freccia in grado di ruotare in uno spazio interno: quando è rivolta in un verso apparirà come un fermione, nell’altro come un bosone. Due particelle che differiscono per una semiunità di spin.”



Tutte le particelle che conosciamo attualmente sono però “scoppiate” , ecco i possibili patner candidati…



I patner supersimmetrici delle particelle materiali, che sono indicati col nome della particella preceduto da una s-, dovrebbero essere dei bosoni con spin nullo…
Ecco alcuni link per approfondire :

http://scienzapertutti.lnf.infn.it/conc ... %20uno.htm

http://it.wikipedia.org/wiki/Supersimmetria

http://it.wikipedia.org/wiki/Bosone

http://it.wikipedia.org/wiki/Fermione

http://it.wikipedia.org/wiki/Stato_quantico

Precedentemente fu suggerito che l’inflazione fosse stata alimentata dal bosone di Higgs,( la particella responsabile anche della massa delle altre particelle) più un altra complice supersimmetrica.
Adesso questa nozione ha una forte competizione da altri due modelli basati sulla SUSY, riguardo all’inflazione, entrambi presentati al IV INTERNATIONAL WORKSHOP ON THE INTERCONNECTION BETWEEN PARTICLE PHYSICS AND COSMOLOGY, tenutosi a Torino tra il 12 ed il 16 luglio 2010.

Una di queste, concepita dal gruppo di Stefan Antusch, assume e usa la grande unificazione che SUSY permette : in questa versione dell’universo primordiale, energie ultra-alte significano che la forza elettromagnetica è unita alle forze nucleari debole e forte, mentre ogni particella e sparticella diventa indistinguibile dalle altre. Questa particella “unificata” è un buon potenziale candidato per essere l’inflatone.

Fino a recentemente, comunque, questa idea mancava di un ingrediente cruciale. Per spingere da parte lo spazio-tempo, il campo dell’inflatone deve mantenere un’energia potenziale in uno spazio apparentemente vuoto, conosciuta come “Energia del Vuoto”. Ma per molto tempo i fisici erano convinti che una particella unificata sarebbe troppo veloce per rilasciare l’energia del suo campo, risultando cosi in nessuna inflazione.

Adesso Antusch ed i suoi colleghi hanno scoperto un modo per estendere il tempo in cui il campo ha un energia del vuoto, prolungando il periodo in cui la particella unificata è quasi senza massa.
Questo è il link alla loro ricerca :

http://arxiv.org/pdf/1003.3233v1

Il loro metodo, che sarà presto pubblicato nel “Journal of High Energy Physics”, si basa su una simmetria matematica che si trova spesso nelle teorie delle stringhe. Questo la rende logica ed elegante, e quindi più attraente. Ma Rabindra Mohapatra dell’Università di Meryland ha i suoi dubbi. “Le simmetrie sono molto difficili da testare” avverte.

La Radiazione Cosmica di Fondo(Cosmic Microwave Background radiation- CMB) è la radiazione rimasta dal Big Bang, e potrebbe offrire alcuni indizi importanti. Le osservazioni portate avanti dal satellite della ESA, Planck, che sta misurando il CMB, potrebbero rilevare segni di onde gravitazionali prodotte durante l’inflazione. In questo caso, questi segnali escluderebbero la teoria di Antusch perché predice che le onde sarebbero troppo piccole da essere rilevate da Planck,tuttavia futuri rilevatori gravitazionali potrebbero essere in grado di individuarle.


Immagine dei dati raccolti da Planck. In primo piano c'è il piano galattico, con la materia della galassia, sullo sfondo in rosso arrancione, c'è la radiazione cosmica di fondo, reliquia del Big Bang. Credit: ESA

Riguardo invece la teoria rivale, anch’essa basata su SUSY, sviluppata da Rouzbeh Allahverdi, dell’Università del New Mexico, ad Alburquerque, insieme ai suoi colleghi, i test non sono confinati a fenomeni nel profondo dello spazio, ma può essere messa alla prova tramite collisioni di particelle, come quelle del LHC. Questo perché, diversamente dal modello proposto da Antusch, l’inflazione ha luogo ben al di sotto delle scale energetiche necessarie per la grande unificazione. Questo mette dei limiti alla massa del inflatone, situandolo tra 0.1 e 1 trilione di elettronvolt, ben entro le capacità del LHC che arriva a 14 trilioni di elettronvolt.

Questo comporta anche che le particelle non sono unificate come nel modello di Antusch, ma sono entità separate che possono essere pensate come punti energetici diversi in campi diversi. Quindi ogni elettrone può essere pensato come un eccitazione in un campo elettrico, ed ogni selettrone(il partner supersimmetrico dell’elettrone), come un eccitazione del campo selettronico.

Il team di Allahverdi ipotizza che l’inflatone potrebbe essere stato prodotto da un eccitazione in una combinazione di campi di sparticelle e particelle conosciute, quindi si sono messi a cercare una combinazione che manterrebbe un energia sufficientemente alta per abbastanza tempo da espandere l’universo.

Hanno scoperto due opzioni, ed entrambe comportano l’uso di campi di sparticelle: la prima opzione è composta da superpartner di particelle simili agli elettroni, mentre la seconda composta da superpartner dei quark che compongono un neutrone.

In entrambi gli scenari, i campi dei componenti sono strettamente collegati durante l’inflazione, fornendo l’energia necessaria per alimentare l’espansione. Eventualmente i campi si disconnettono, l’inflazione finisce, e l’inflatone irradia energia nella forma di particelle, generando i contenuti dell’universo. La più recente versione del loro modello sarà presto pubblicato in una rivista scientifica chiamata “Physical Review D”.

Keith Olive dell’Università di Minnesota, in Minneapolis non si è detto molto felice riguardo a quando la teoria si poggi su impostazioni molto precise di parametri che sono in gran parte sconosciuti. “Se da una parte sarebbe bello poter associare l’inflazione con la fisica della bassa energia, i modelli comportano un prezzo troppo alto da pagare”.

Ma Mohapatra sottolinea la forza della teoria: “Sono stati in grado di collegare idee molto astratte riguardo all’universo primordiale a test sperimentali” L’LHC non scoprire l’inflatone per se, ma rivelerà le masse delle sparticelle che si pensa lo compongono, cosa che permetterebbe alla teoria di Allahverdi di essere messa alla prova.

Mohapatra descrive le due nuove teorie come due campi opposti, ognuna con i propri meriti: Quella di Allahverdi costruisce l’inflatone,verso l’alto, sulla base di particelle che esistono ancora oggi, mentre la teoria di Antusch lo deriva dall’alto verso il basso, da condizioni che si pensa esistessero nell’universo primordiale. Se i risultati favoriranno una delle due, non solo ci aiuterà a svelare qualcosa in più riguardo all’inflazione, ma getterà anche nuova luce sulla natura di queste strane particelle dinosauro.

Piccolo Approfondimento :

Una delle cose più cercate al momento, riguardo alla supersimmetria, è il gluino. E non c’è posto migliore per cercarlo, che al LHC.Ecco cosa si spera di vedere: Dopo una violenta collisione tra due protoni, il gluino verrebbe spinto via nel rilevatore, che in questo caso è il Compact Muon Solenoid(CMS) dove sarebbe intrappolato. Ingabbiato nei dischi di ferro che portano il campo magnetico, o nel silicio ed i cristalli dei rilevatori interni, la particella resta li in attesa di momenti cruciali. Poco dopo decade in gluoni e quark, che producono “getti” rilevabili come dei coni di energia, visti poi dal CMS. Il processo non è sincronizzato per il rilevamento di altre collisioni, per cui il segnale del gluino si vedrà chiaro e tondo.

Molti proponenti della teoria della supersimmetria(SUSY) sperano che questo scenario si avvererà al LHC entro quest’anno. Questa sarebbe la prima grande prova di validità della SUSY, teoria che come dicevamo da un superpartner ad ogni particella conosciuta, e potrebbe risolvere alcuni dei misteri più grandi della cosmologia e della fisica delle particelle.

Il gluino è lo superpartner ipotetico del gluone, che è la particella che tiene i nuclei uniti. E’ solo una delle tante superparticelle che potrebbero materializzarsi al LHC, ma dato che ci si aspetta che abbia un segnale chiaro, e che sia anche molto abbondante, potrebbe essere il primo scoperto.

“Questa è una delle ragioni per cui abbiamo scelto di studiare il gluino, sapevamo che sarebbero stati prodotti in grande quantità, o comunque abbastanza da essere scoperto già nei primi dati raccolti, ha spiegato John Paul Chou, della Brown University a Providenze, Rhode Island.


Collisione osservata al CMS, presso l'LHC. Credit: LHC/CERN

Il CMS ha già iniziato a fornire tanti dati, permettendo agli fisici di limitare il range in cui cercare la massa del gluino, un primo passo questo, importantissimo verso l’identificazione del gluino, o per escludere eventualmente la sua esistenza. Chou ha spiegato che una volta che il LHC arriverà alla sua piena potenza, cosa che si pensa succederà il prossimo anno, il gluino potrà saltare fuori anche nel primo mese di raccolta dati.

http://www.newscientist.com/article/mg20727743.200-closing-in-on-the-inflaton-mother-of-the-universe.html?full=true#bx277432B1

Fonte: http://link2universe.wordpress.com/2010 ... luniverso/