Il Modello Standard della fisica delle particelle, nonostante le impressionanti conferme sperimentali, mostra molti dei suoi limiti nelle osservazioni cosmologiche e astrofisiche. Fenomeni come la materia oscura, l’asimmetria barionica dell’universo e l’inflazione primordiale richiedono una “nuova fisica”. A queste evidenze si aggiungono enigmi teorici, come il problema della gerarchia, della costante cosmologica e della violazione di CP forte, che il Modello Standard non riesce a spiegare.
Per esplorare queste frontiere, il campo di ricerca al crocevia tra fenomenologia delle interazioni fondamentali, cosmologia e fisica astroparticellare permette di sondare scale di energia e interazioni inaccessibili negli esperimenti terrestri. In questo contesto, l’universo primordiale e le onde gravitazionali si offrono come finestre privilegiate.
L’Universo Primordiale come Laboratorio
Andando indietro nel tempo, il nostro Universo era sempre più denso, caldo e omogeneo. Le altissime energie dell’universo neonato ci permettono di studiare processi fisici che trascendono le energie raggiungibili nei laboratori terrestri. Questioni aperte come i meccanismi dell’inflazione primordiale e il reheating successivo all’espansione accelerata sono strettamente legati a modelli di estensione del Modello Standard. Dati di precisione — dalla radiazione cosmica di fondo (CMB) ai cataloghi di galassie e alle misure di onde radio, raggi X e gamma, e raggi cosmici — fungono da sonde per testare queste leggi fondamentali.
La nuova era dell’astronomia con Onde Gravitazionali
Dalla prima rivelazione di LIGO nel 2015, l’astronomia gravitazionale ha inaugurato una nuova era. La rete LVK (LIGO-Virgo-KAGRA) ha rilevato centinaia di fusioni di oggetti compatti, permettendoci di testare la Relatività Generale in campo forte. Recentemente, il segnale di un fondo stocastico di onde gravitazionali, rilevato dai Pulsar Timing Arrays (PTA), ha aperto una prospettiva ancora più ambiziosa: quella di osservare “riverberi” dell’universo primordiale, come transizioni di fase cosmologiche o reti di stringhe cosmiche.
Nei prossimi decenni, lo sviluppo di rivelatori sensibili a un ampio spettro di frequenze di onde gravitazionali — dai nHz con PTA ai mHz con LISA e kHz con LVK e osservatori futuri— promette di trasformare la nostra comprensione del cosmo. Svelare la natura della materia oscura e dell’energia del vuoto, la storia dell’universo primordiale e le tracce cosmologiche di nuova fisica richiede conoscenze di teoria dei campi, cosmologia, relatività generale e astrofisica. L’obiettivo è di chiarire i molti misteri irrisolti della fisica delle interazioni fondamentali, e scoprire l’origine del cosmo.
Queste direzioni sono esplorate nel Dipartimento di Fisica attraverso ad esempio in questi lavori:
- Link identifier #identifier__122775-1https://arxiv.org/abs/2603.02322
- Link identifier #identifier__162366-2https://arxiv.org/abs/2306.17136
- Link identifier #identifier__154251-3https://arxiv.org/abs/2010.03568
- Link identifier #identifier__65051-4https://arxiv.org/abs/1907.10624
- Link identifier #identifier__102914-5https://arxiv.org/abs/1804.07732
Membri:
Link identifier #identifier__143466-6Davide Racco
Articoli:
Link identifier #identifier__81352-7Inspire-HEP