Lo spettro delle onde gravitazionali al momento dei Big Bang

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Impronte sullo spettro primordiale delle onde gravitazionali dalla transizione adroni-quark olografica. Due miliardi di gradi! È questa la straordinaria temperatura che l’acceleratore Lhc riproduce in laboratorio per studiare l’universo primordiale, così come si presentava circa un decimillesimo di secondo dopo il Big Bang. A quel tempo l’universo si è trovato in una fase di transizione, in cui i quark, i mattoni della materia, e i gluoni, i mediatori della forza forte, erano liberi di muoversi in uno stato di materia che chiamiamo plasma di quark e gluoni (QGP, Quark Gluon Plasma).

Successivamente, l’espansione dell’universo e il suo conseguente raffreddamento portarono i quark e i gluoni ad avere un’energia non più in grado di contrastare l’interazione forte e quindi a legarsi secondo le leggi della cromodinamica quantistica (Qcd, Quantum ChromoDynamics) rimanendo confinati nei nucleoni di cui oggi è formata la materia.[1]. Lo spettro delle onde gravitazionali al momento dei Big Bang

Per quel che occorre sapere in questo articolo, la fonte delle onde gravitazionali potrebbe essere classificata in due categorie: una è cosmologica e un’altra è di origine astrofisica. Per la classe cosmologica, è stato a lungo ipotizzato che possano essere prodotte onde gravitazionali in fenomeni fisici dell’universo primordiale [2], come l’epoca dell’inflazione e quella del successivo riscaldamento [3].

Per queste ragioni, tali tipi di onde gravitazionali sono spesso chiamate onde gravitazionali primordiali e si ritiene che abbiano lasciato qualche impronta sullo spettro delle onde nella radiazione cosmica di fondo a microonde (CMB). Inoltre, durante l’evoluzione del nostro universo, ci si aspetta si siano verificate varie transizioni di fase che si sono susseguite quando l’universo si è raffreddato, ad esempio, la transizione QCD (o di confinamento-deconfinamento tra adroni e quark) [4].

In un paper recente di Meng-Wei Li et al. sul server arXiv.org [5] gli autori hanno studiato lo spettro delle onde gravitazionali dalla transizione nei modelli olografici della QCD, che rappresenta un nuovo approccio per cercare di risolvere la struttura della fase della teoria dell’interazione forte.

Lo scenario olografico nasce dalla corrispondenza AdS/QCD in cui una teoria di campo effettiva nel limite di bassa energia vive sullo spazio-tempo al bordo (o confine) di una corrispondente teoria gravitazionale nel suo regime di accoppiamento debole, in una varietà geometrica con dimensione extra (lo spazio Anti-de Sitter in 5 dimensioni).

Nel volume della varietà geometrica con dimensione extra vivono i gradi di libertà gravitazionali che, a mezzo della corrispondenza/dualità AdS/QCD, corrispondono ai costituenti della QCD della interazione forte. Le variabili termodinamiche con cui si descrive la fisica del settore gravitazionale nello spazio AdS possono corrispondere a quelle variabili del diagramma di fase della transizione QCD. Gli autori di [5] analizzano soluzioni con quark leggeri e pesanti e differenti potenziali chimici durante la transizione.

Si ottiene così il calcolo dello spettro delle onde gravitazionali durante l’evento di confinamento-deconfinamento. Se la transizione dura per un tempo minimo, lo spettro delle onde gravitazionali prodotte potrebbe essere osservato con i rivelatori interferometrici di prossima generazione con base nello spazio, come LISA.

Bibliografia.

[1] Pasquale Di Nezza, Brodo Primordiale – Uno stato estremo della materia, rivista INFN Asimmetrie;
[2] Carr, B. J., 1980. Cosmological gravitational waves – Their origin and consequences, Astr. Astrophys., 89, 6;
[3] Amjad Ashoorioon, Brandon Fung, Robert B. Mann, Marius Oltean, M. M. Sheikh-Jabbari, ”Gravitational Waves from Preheating in M-flation”, arXiv:1312.2284 [hep-th];
[4] M. Ahmadvand, K. Bitaghsir Fadafan, ”Gravitational waves generated from the cosmological QCD phase transition within AdS/QCD”, arXiv:1703.02801 [hep-th];
[5] Meng-Wei Li, Yi Yang, Pei-Hung Yua, Imprints of Early Universe on Gravitational Waves from First-Order Phase Transition in QCD, arXiv:1812.09676v1 [hep-th] 23 Dec 2018.

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