La scoperta della radiazione cosmica di fondo

“C’era una volta un prete.”

Ebbene sì, la storia della scoperta della Radiazione Cosmica di Fondo inizia esattamente così.

“Che culo!”

Ebbene sì, la storia della scoperta della Radiazione Cosmica di Fondo finisce esattamente così.

Voi ora vi starete chiedendo giustamente: perdincibaccolina, ma che è sta Radiazione Cosmica di Fondo? E noi ve lo spieghiamo subito. Basta chiedere.

La CMB (Cosmic Microwave Background) è una radiazione con lunghezza d’onda nella fascia delle microonde (sì, come il forno) che ha una temperatura di circa 3 Kelvin (-270 °C) e che permea l’intero universo. Lo permea per intero perché altro non è che l’eco del Big Bang, la mega-giga-fanta esplosione che dovrebbe aver generato tutto il nostro universo.

radiazione cosmica
Il caro povero Lemaitre ancora fiducioso prima di essere boicottato nientepopodimenoche da Einstein.

 

In pratica, se noi puntiamo delle antenne nel modo giusto, possiamo sentire ciò che resta del “rumore” di quell’esplosione all’inizio dei tempi. Che grandissima gajardata eh?! (cosa che genera estremo stupore ed estrema euforia)

Dopo esserci esaltati e aver capito cos’è, iniziamo con la storia con una dovuta premessa:  abbiamo usato varie approssimazioni nella spiegazione, ne siamo coscienti. In questo articolo non abbiamo voluto introdurre concetti complessi che non avremmo potuto spiegare visto che parliamo della scoperta della CMB e non della CMB. Però chiariremo tutto in un post futuro dedicato proprio alla CMB, non temete

L’uomo della relatività ha detto no

C’era una volta un prete belga (ve l’avevamo detto che inizia così), un tale Georges Lemaitre, di una quindicina d’anni più giovane di Albert Einstein, che era convinto che l’universo non fosse affatto statico e uguale a se stesso ma si stesse espandendo (siamo nel 1927).

Non solo. Se avesse avuto ragione, avremmo dovuto rivelare un rumore di fondo in tutto l’universo.

Eureka!

Da bravo fisico qual era, supportò questa sua teoria con moltissimi calcoli basati anche sulla relatività di Einstein, che il geniaccio aveva da poco introdotto alla comunità scientifica, facendo la storia.

Forte di questi risultati, li presentò ovviamente al grande Albert pieno di speranza.

Ora, tutti noi so che ci siamo sentiti almeno una volta nei panni del povero Georges. Se Einstein dice che stai dicendo una grandissima… sciocchezzuola, non puoi fare molto, soprattutto a quei tempi.

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Il caro povero Lemaitre ancora fiducioso prima di essere boicottato nientepopodimenoche da Einstein.

E fu così che l’espansione dell’universo fu associata sempre e solo al super famoso Hubble che arrivò alle stesse conclusioni del povero Georges solo 2 anni dopo.

Nel 2018, però, l’Unione Astronomica Internazionale decise di rinominare la “legge di Hubble” come la legge di Hubble-Lemaitre.

Non che se ne faccia niente il nostro Georges eh, ma è comunque una soddisfazione. E che diamine.

Il fisico in Cadillac rosa

Dopo qualche anno di silenzio, negli anni ’40, un altro George, Gamow stavolta, “va in tigna” ( = si fissa) con la CMB.

Chissà quale legame hanno i “George” con l’universo. Bah.

Comunque, questo George è un tipo molto particolare. Fuggito dalla dittatura Ucraina, va in giro in una cadillac rosa decappottabile e studia la cosmologia, tra le tante cose.

Pensate che fu anche un abile divulgatore scientifico, originale e divertente. Come noi in pratica!

Scemenze a parte, insieme al suo dottorando Ralph Alpher, costui si mise a studiare l’origine dei nuclei primordiali, idrogeno, elio e simili, e dedusse che il tutto doveva esser nato da un gas molto molto caldo. Come conseguenza di questa deduzione, l’universo dovrebbe essere pervaso da, indovinate un po’ cosa? Una radiazione cosmica uniforme di circa 5K.

Ari-Eureka!

Purtroppo però, questo secondo Georges era considerato non troppo credibile.

La Cadillac rosa ha certamente contribuito.

Se poi consideriamo che inserì nell’articolo conclusivo dello studio il nome del collega Hans Bethe solo per far sì che gli autori fossero Alpher, Bethe e Gamow (George, Gamow, che simpatico umoristaaaaa!), diciamo che l’ideale dello scienziato serio e attento non lo rispettava del tutto, ecco.

radiazione cosmica
George Gamow in tutta la sua serietà di fisico.

Che poi, chi diavolo ha deciso che gli scienziati devono essere seri, noiosi e tristi?

I pregiudizi fanno sempre male, ricordatevelo.

Gli anni sessanta: non solo sesso, droga & Rock&Roll

Essendo i due George sprofondati nell’oblio, negli anni ’60 ci fu chi, invece di darsi alla pazza gioia, derivò un altra volta l’esistenza della CMB.

Aridaje (= ci siamo di nuovo)! Se solo uno imparasse dal passato.

Inoltre, essendo in guerra fredda, America e Unione Sovietica non si parlavano e quindi la derivarono indipendentemente.

Da una parte abbiamo i due russi Andrei Doroshkevich e Igor Novikov (wow, nessun George) che predissero l’esistenza di questa benedetta radiazione ma con una novità. Essa poteva essere misurata. Il problema era capire come.

Il termometro non poteva sicuramente andare.

Avevano pensato ad un’antenna in disuso dei laboratori Bell (eh sì, proprio quel Bell lì) ma c’era il problema che si trovava in America.

Figuriamoci!

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I nostri due amici russi, Novikov e Doroshkievich, inflessibili nel non voler usare l’antenna Bell.

Nel frattempo, quattro scienziati dell’università di Princeton, Robert Henry Dicke, Jim Peebles, David Todd Wilkinson and Peter G. Roll (nessun George neanche stavolta!), ri-derivarono per conto loro l’esistenza della CMB. Pure secondo loro era misurabile ma, non si sa il perché, non pensarono minimamente all’antenna Bell.

Perciò, iniziarono a costruirsela per conto loro. Vuoi mettere la soddisfazione?

Dicke, Peebles e Wilkinson che se la ridano ignari del fatto che l’antenna che a loro serve esiste già. (Roll non ci sta antipatico eh, solo che non si trovano foto)

Sì, certo, se non fosse che…

Ecco a voi il fattore C!

Sempre durante quegli anni, in New Jersey, i due radioastronomi Arno Penzias e Robert Wilson decisero di voler studiare l‘emissione radio dell’universo, cioè la radiazione emessa dalle tante sorgenti presenti nel cielo con lunghezza d’onda molto grande. La stessa sfruttata dalle nostre radio, per capirci.

E come decisero di farlo?

Vi ricordate l’antenna dei laboratori Bell in disuso? Ecco.

L’antenna Bell in tutto il suo splendore, ignara di essere tanto voluta.

Insomma, gajardi e tosti, la rimisero in funzione e la puntarono verso il cielo. Per captare un segnale da qualche sorgente nell’universo bisogna eliminare il rumore di fondo, in gergo il “background”.

Più o meno come quando cercate di parlarvi in un locale con la musica “a palla”. Vorreste zittire tutti per ascoltare il vostro interlocutore e invece state lì a gridarvi “EH?”, “CHE HAI DETTO?”

La stessa cosa succede in astrofisica, con la differenza che qui si hanno i mezzi per “zittire” il background. O almeno per abbassarlo, ecco.

Insomma, Penzias e Wilson puntano l’antenna e si accorgono che c’è un “background” veramente fastidioso. Un rumore costante, indipendente dalla direzione in cui puntano l’antenna.

E pensate un po’, quel rumore aveva una lunghezza d’onda corrispondente a 3 K.

Bazinga!!!!

Eh no, proprio no. Questi due scienziati non avevano la più pallida idea di cosa stessero ascoltando. Hanno cominciato a girare e rigirare l’antenna per capire cosa diavolo producesse questo rumore.

All’improvviso, uno dei due ebbe un’illuminazione. All’altro si illuminarono gli occhi. Così, presero mocio e ammoniaca, e pulirono l’antenna dal guano di piccione.

Sì, avete capito bene. Nella disperazione, i due avevano pensato che della cacca di piccione finita sull’antenna potesse essere la fonte del rumore.

I piccioni. Gli uccelli più odiati di sempre.

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I piccioni impettiti per la loro grande capacità di fare cacca ovunque.

Ovviamente, noi sappiamo già che la cacca non c’entrava niente ma se ne sono accorti pure loro, visto che sto benedetto rumore stava sempre lì, manco fosse una zanzara di notte.

E sarebbero andati avanti così, a pulire cacca di altro tipo magari, se non fosse che la storia ebbe finalmente una svolta.

Ma che davvero?

Arno Penzias, sempre più perplesso, raccontò di questa situazione a un altro radioastronomo suo amico, Bernard Burke.

E proprio Burke, a sorpresa, è stato fautore della svolta finale.

Egli disse a Penzias di mettersi in contatto con il gruppo di Robert Dicke, a Princeton, perché pareva che costoro stessero cercando proprio sto rumore di fondo.

“Ma che davvero?” Disse Penzias.

Davvero!

E quindi?

Insomma, alla fine di questa telenovela, finalmente i due gruppi si parlarono e risolsero il problema.

Il gruppo di Princeton ebbe la conferma dell’esistenza della CMB (i nostri George ve l’avevano detto!) e Penzias e Wilson seppero finalmente che non dovevano più pulire l’antenna.

Come finisce la storia?

Finisce con un bellissimo premio Nobel, nel 1978. No, non a Dicke e ai suoi, non ai due russi, tantomeno ai due George,  buonanime.

Eh sì, proprio a Arno Penzias e Robert Wilson.

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Penzias e Wilson, fieri davanti all’antenna che ha permesso loro la grandissima botta di…fortuna!

Da questa storia, noi scienziati, per quanto affideremmo le nostre vite al metodo scientifico, abbiamo imparato ad essere un po’ scaramantici perché va bene l’impegno, va bene la passione, ma un sano

“Che culo!”

può avere sempre la sua dignità!

Hubble e la costante della discordia

Radiazione cosmica di fondo https://www.asimmetrie.it/tags/universo

https://it.wikipedia.org/wiki/Georges_Lema%C3%AEtre

https://webcache.googleusercontent.com/search?q=cache:RawPacUa9_wJ:https://www.accademiadellescienze.it/media/1453/download+&cd=3&hl=it&ct=clnk&gl=it

Radiazione cosmica di fondo https://it.wikipedia.org/wiki/George_Gamow
“La musica del big bang” – Amedeo Balbi

Martina Cardillo

Sono un'astrofisica allo IAPS-INAF di Roma da 3 anni e mezzo, dopo i primi tre anni di postdoc passati all'osservatorio Astrofisico di Arcetri (Firenze). Mi occupo dell' astrofisica delle alte energie, che riguarda tutti gli eventi più fantasmagoricamente energetici dell'universo e che producono raggi gamma senza, purtroppo, farci diventare Hulk. Ho la fortuna di avere l'universo nella mia vita. Mi piace studiarlo, certo, ma mi piace moltissimo raccontarlo e lo faccio in ogni modo possibile, spesso "ner mio dialetto der còre"! Nel lavoro e nella vita, sono un'iperattiva: ho fatto teatro per tanti anni (Proietti è il mio mentore), amo l'arte in generale, suono, scrivo, adoro i libri di (quasi) qualsiasi genere, viaggiare è per me linfa vitale e ho Roma nel mio cuore (sia la città che la squadra, con relativi gioie e dolori). Ah, cosa importante: mi piace mangiare, tutto e in grandi quantità. Alla fine, bisogna "morì da vivi", no? Daje sempre!

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