Immaginate di dover ricostruire la ricetta di una torta cotta 13,8 miliardi di anni fa, quando gli ingredienti erano pochi e la cucina era un forno infernale. Per cinque minuti scarsi, l'Universo neonato è stato questo: un calderone di una densità e di un calore inimmaginabili, dove si è decisa la composizione chimica di tutto ciò che sarebbe venuto dopo. Oggi un gruppo di astronomi è riuscito a leggere quella ricetta con una nitidezza mai raggiunta. I ricercatori hanno misurato la quantità di elio prodotta in quegli attimi con un'incertezza di appena lo 0,5%. Secondo le stime della collaborazione, finora il margine di errore si aggirava intorno al 2% e la nuova precisione è circa tre volte migliore dei riferimenti precedenti. Il lavoro, frutto di cinque lavori pubblicati su The Astrophysical Journal, è un passo avanti per la cosmologia di precisione, la disciplina che cerca di trasformare le grandi teorie sull'Universo in numeri affidabili al decimale.. Un numero che vale una carriera Tra i firmatari c'è Evan Skillman, professore emerito dell'Università del Minnesota Twin Cities, che non nasconde l'entusiasmo: «Si tratta di un esperimento di fisica su vasta scala e di una delle scoperte più importanti di tutta la mia carriera quarantennale». E aggiunge: «È un numero fondamentale che ci dice specificamente sulle condizioni del nostro Universo nei suoi primi cinque minuti. Ha un potere diagnostico che parla direttamente al Modello Standard della fisica».. Perché proprio l'elio? La teoria del Big Bang poggia su tre pilastri: l'espansione dell'Universo, la radiazione cosmica di fondo a microonde e l'abbondanza degli elementi leggeri nati nei primissimi istanti, come l'elio e il deuterio. I primi due sono stati studiati in lungo e in largo. Il terzo, l'elio primordiale, è rimasto un po' il parente povero. Eppure l'elio è il secondo elemento più diffuso del cosmo. Le previsioni teoriche indicano che, subito dopo il Big Bang, circa un quarto della massa della materia ordinaria si trasformò in elio. Sapere con esattezza quanto ne sia stato prodotto significa sapere le condizioni fisiche di quei cinque minuti.. A caccia di "capsule del tempo" Il problema è che l'elio non è rimasto fermo: le generazioni successive di stelle ne hanno prodotto di nuovo, alterando la composizione del gas cosmico. Il metodo classico prevede di osservare moltissime galassie ed estrapolare i risultati per risalire al valore originario. Il gruppo di Skillman ha scelto un'altra strada. Invece di puntare sulla quantità, ha puntato sulla qualità, selezionando 15 galassie piccole, lontane e straordinariamente "incontaminate", che hanno avuto un'evoluzione chimica molto limitata. Sono vere capsule del tempo cosmiche, che custodiscono ancora la composizione primordiale.. Occhi giganti e spettrografi su misura Per scrutarle sono servite 130 ore di osservazioni con il Large Binocular Telescope, in Arizona, un gigante dotato di due specchi gemelli. A raccogliere la luce hanno contribuito gli spettrografi MODS, progettati all'Ohio State University, che hanno esaminato nello stesso momento più di 10 righe spettrali dell'elio e 15 dell'idrogeno. Il confronto incrociato tra tutti questi segnali ha permesso di scovare e correggere minuscoli errori di misura che gli studi precedenti avevano in gran parte trascurato. Sono dettagli trascurabili finché si lavora con margini larghi, ma diventano decisivi quando si punta a scendere sotto l'1%.. Per Richard Pogge, professore emerito di astronomia all'Ohio State University, è anche una rivincita personale: «La costruzione degli spettrografi MODS ha richiesto 12 anni, dall'ideazione alla prima luce sul cielo. Questo è il tipo di progetto per cui li abbiamo creati e vederli raggiungere l'obiettivo è gratificante». Per chi vuole conoscere numeri il lavoro dice che la frazione di massa di elio primordiale (chiamata Yp) risulta 0,2458 ± 0,0013. In parole semplici, circa il 24,6% della materia ordinaria nata dal Big Bang era elio-4. Il margine di errore, 0,0013 su 0,2458, corrisponde proprio a quello 0,5%. La teoria della nucleosintesi primordiale permette di prevedere quanto elio si sia formato, a partire dalla densità della materia ordinaria misurata dalla radiazione cosmica di fondo (dati Planck). La previsione è Yp = 0,2467 ± 0,0002. La misura (0,2458) differisce di così poco che i due valori sono ampiamente compatibili. Il punto di forza è che sono ottenuti in modo indipendente: uno osservando galassie remote, l'altro studiando la luce residua del Big Bang. Che coincidano è un'ottima verifica.. Un esame di maturità per il Modello Standard Il risultato non fa solo ordine nei conti del Big Bang. La quantità di elio dipende infatti dalle particelle presenti in quel momento. Grazie alla nuova misura, i ricercatori hanno potuto calcolare quante famiglie di neutrini popolassero l'Universo primordiale. I neutrini sono particelle leggerissime, quasi inafferrabili, e il loro comportamento è centrale per la fisica fondamentale. Ogni scostamento dalle previsioni potrebbe indicare la presenza di particelle ancora ignote, e quindi fisica oltre il Modello Standard. Per ora il quadro tiene e le prove a favore del Big Bang escono rafforzate. Ma d'ora in poi le teorie consolidate avranno un banco di prova molto più severo. «Nella nostra proposta avevamo promesso un margine di incertezza dello 0,5%, e ci siamo riusciti», ha concluso Skillman. «Nel mondo imprevedibile della scienza, non capita molto spesso». Alla collaborazione hanno partecipato ricercatori delle università del Minnesota Twin Cities, Ohio State, Gonzaga, Northwestern, Texas a Austin, Indiana, California a Santa Cruz e Illinois, oltre all'Universidad Nacional Autónoma de México e al TRIUMF..