Da uno scienziato italiano una nuova teoria per spiegare uno dei più dibattuti problemi della fisica: gli effetti dell'energia oscura sarebbero da attribuire a una sorta di "antigravità" creata dalla repulsione tra materia e antimateria.

È stato definito "il problema più spinoso della fisica moderna": perché l'universo si espande a una velocità sempre maggiore, quando l'attrazione gravitazionale tra le masse farebbe invece prevedere un rallentamento? La spiegazione prevalente nella comunità scientifica teorizza l'esistenza di una forza repulsiva, detta energia oscura, finora non rilevabile con gli strumenti a nostra disposizione.

Oggi uno scienziato italiano, Massimo Villata, fisico teorico dell'Osservatorio astrofisico di Torino, propone una spiegazione alternativa: gli effetti dell'energia oscura sarebbero da attribuire a una sorta di "antigravità" creata dalla repulsione tra materia e antimateria.

"Finora nessuno ha spiegato cosa sia l'energia oscura e perché si comporti così", spiega Villalta, il cui articolo sarà pubblicato dalla rivista Astrophysics and Space Science. "Noi proponiamo una spiegazione che sostituisce una forza ignota con l'azione repulsiva di un elemento ben conosciuto, l'antimateria.

Le antiparticelle, o particelle di antimateria, sono gli opposti speculari delle particelle di materia "normale". La loro caratteristica è di avere carica elettrica inversa: l'antiprotone, ad esempio, ha carica elettrica negativa, mentre il "normale" protone, componente fondamentale del nucleo atomico, ha carica positiva. Le antiparticelle, o particelle di antimateria, sono gli opposti speculari delle particelle di materia "normale".

Dove si nasconde l'antimateria

La teoria di Villata prende le mosse da alcuni vastissimi spazi vuoti osservabili in diversi punti del cosmo: "buchi" nella mappa dell'universo, larghi anche milioni di anni luce, che inspiegabilmente sono del tutto privi di galassie. Il più vicino a noi è chiamato Vuoto Locale e confina con il superammasso di galassie della Vergine.

Secondo Villata, questi vuoti ospitano enormi quantità di antimateria, forse persino organizzata in antigalassie con tanto di antistelle e antipianeti. L'antimateria però non emette radiazioni che possano essere rilevate dagli strumenti a nostra disposizione, e appare quindi invisibile.

"Ci sono parecchie ragioni per cui l'antimateria presente nei vuoti potrebbe essere invisibile, ma non sappiamo qual è quella giusta", precisa Villata. "Inoltre, non possiamo basarci sul comportamento dell'antimateria in laboratorio, perché in quel caso risulta 'immersa' in un mondo fatto interamente di materia".

Anche se le strutture di antimateria risultano invisibili, prosegue lo scienziato, possiamo osservare i loro effetti repulsivi sulla normale materia presente nell'universo, che causano appunto l'allontanamento delle galassie l'una dall'altra e accelerano l'espansione dell'universo.

La teoria, aggiunge Villata, potrebbe fornire una spiegazione anche a un altro mistero cosmico: quello cosiddetto dell'"antimateria mancante". Secondo le leggi della fisica, infatti, il Big Bang avrebbe dovuto dar vita a particelle di materia e di antimateria in misura uguale. Eppure il nostro universo appare formato esclusivamente di materia.

Villata ha calcolato quanta antimateria dovrebbe essere contenuta nel Vuoto Locale per spiegare il comportamento del cosiddetto Local Sheet, un gruppo di galassie, tra cui anche la nostra Via Lattea, che si muovono tutte alla stessa velocità. "Se tutti i vuoti che vediamo nell'universo contenessero una quantità di antimateria simile a quella contenuta, secondo i miei calcoli, nel Vuoto Locale", sostiene lo studioso italiano, "vorrebbe dire che l'intero universo contiene materia e antimateria in uguale misura. Sarebbe finalmente un universo simmetrico", in cui il mistero dell'antimateria mancante sarebbe risolto.

Teorie alternative

La teoria di Villata ha il pregio di non ipotizzare dal nulla l'esistenza di forze misteriose, ma anche il difetto di basarsi su un'asserzione finora mai dimostrata. "Non c'è alcuna prova sperimentale del fatto che materia e antimateria si respingano a vicenda", spiega infatti Frank Close, fisico all'Università di Oxford. Ma aggiunge che al CERN è in programma un esperimento per mettere alla prova l'ipotesi.

È stato Dragan Hajdukovic, fisico proprio al CERN, a proporre di recente una teoria alternativa che si fonda sulla repulsione tra materia e antimateria per spiegare gli effetti delle ipotetiche materia oscura ed energia oscura. Leggi l'articolo E se la materia oscura fosse un'illusione?

Hajdukovic sostiene che la teoria di Villata è "un'idea interessante" ma si oppone all'ipotesi di una presenza simmetrica di materia e antimateria nel nostro universo. "Il problema maggiore è il motivo per cui le grandi quantità di antimateria presenti nei vuoti non siano mai state osservate".

Nella teoria di Hajdukovic, le antiparticelle "nascono" e "muoiono" di continuo nel vuoto quantistico, vale a dire in quelle regioni dello spazio che appaiono vuote. "Io mi baso sul vuoto quantistico, che è una realtà di fatto", sostiene lo scienziato. "Per spiegare perché l'antimateria è invisibile, bisogna avanzare un'ipotesi ulteriore, come l'emissione di fotoni che viaggiano a ritroso nel tempo e quindi non possono essere rilevati. Quando in una teoria un'ipotesi richiede necessariamente l'introduzione di un'altra ipotesi non è mai un buon segno".

Villata ribatte che tutte le ipotesi contenute nel suo studio - dalla repulsione tra materia e antimateria alla presenza di fotoni che viaggiano a ritroso - sono previste da teorie fisiche ben radicate. In questo senso, conclude, "non c'è bisogno di introdurre altre ipotesi".