BROWSEPOL – Beyond standaRd mOdel With coSmic microwavE background POLarization

30/10/2025 Pagina a cura di Alessandro Gruppuso - Aggiornata il 04/11/2025

BROWSEPOL – CUP: C53D23001080006

MUR PRIN2022 Project “BROWSEPOL: Beyond standaRd mOdel With coSmic microwavE background POLarization”-2022EJNZ53 finanziato dall’Unione Europea  – Next Generation EU.

Unità di Ricerca e personale

  • Università di Padova
    • Prof. N.Bartolo, Principal Investigator
    • Dr. H.V.Ragavendra
  • Università di Ferrara
    • Prof. P.Natoli, Associated Investigator
    • Dr. G.Galloni
  • INAF OAS Bologna
    • Dr. A.Gruppuso, Associated Investigator
    • Dr. S.Paradiso

Panoramica e Obiettivi

La cosmologia moderna è passata negli ultimi anni da un’era di prime scoperte a un’era di precisione, trasformandosi in un banco di prova primario per la fisica fondamentale. La Radiazione Cosmica di Fondo (CMB) è uno degli strumenti cosmologici più potenti: garantisce un accesso unico all’Universo primordiale, fornisce vincoli sulla fisica delle alte energie a scale mai raggiungibili con strutture terrestri ed è un laboratorio ideale per “stress test” di scenari al di là dei modelli standard di cosmologia e fisica delle particelle.

Pur in notevole accordo con il modello standard Lambda Materia Oscura Fredda (CDM) con semplici condizioni iniziali inflazionarie, i dati della CMB mostrano alcune firme intriganti, che non hanno ancora trovato una spiegazione autoconsistente. Infatti, indizi di nuova fisica potrebbero essere già emersi. È questo il caso della violazione di parità che porta alla cosiddetta birefringenza cosmologica (CB), la quale provoca la rotazione della polarizzazione lineare dei fotoni in propagazione, rompendo l’elettromagnetismo di Maxwell. La CB, a lungo considerata una strada promettente per la nuova fisica, sta vivendo oggi un intenso interesse, dopo gli indizi di rilevazione nei dati legacy di Planck con una significatività superiore al 99%.

Inoltre, sono presenti delle “anomalie” nei dati della CMB, specialmente alle grandi scale angolari. Sono state esplorate estesamente nel campo di temperatura (T) della CMB, ma non si è potuta raggiungere una conclusione convincente sulla loro natura, che sia primordiale, dovuta a sistematiche o semplicemente a un caso statistico. I dati di polarizzazione di alta qualità in arrivo offrono un’occasione imperdibile per risolvere entrambi gli enigmi, facendo nuova luce sulla fisica sia dell’Universo primordiale che di quello recente.

Tali osservazioni sono fortemente motivate dalla ricerca dei modi B di polarizzazione, un tracciante unico delle onde gravitazionali primordiali (PGW) dall’inflazione. Tuttavia, c’è molto di più nella polarizzazione della CMB, e nei modi B in particolare, oltre a questo importantissimo obiettivo. Le correlazioni incrociate dei modi B con i modi T ed E della CMB sono un tracciante quasi esclusivo della violazione di parità, e i modi B possono anche essere un potenziale tracciante della fisica oltre il modello standard per le anomalie, complementando le informazioni T ed E.

Intendiamo perseguire questi indizi, sviluppando uno sforzo integrato che parte dalla definizione degli scenari teorici più intriganti e prosegue con l’allestimento di stimatori nuovi, robusti ed efficienti che tengano conto in modo credibile dei maggiori contaminanti attesi dall’emissione in primo piano (foreground) e dalle sistematiche strumentali. Puntiamo a una sfruttamento approfondito dei dati legacy, da Planck e WMAP, nonché alla previsione delle prestazioni degli esperimenti di prossima generazione, incluso LiteBIRD, con l’obiettivo credibile di migliorarne la progettazione. BROWSEPOL fornirà una valutazione realistica di come i futuri esperimenti CMB possano districare i modi B generati dall’inflazione standard dalle firme intriganti di nuova fisica, quindi sarà anche rilevante per escludere che la loro attesa rilevazione sia guidata da altri effetti oltre le PGW dello scenario standard.

Meetings

 

Presentazioni

  • A.Gruppuso, “Constraining Cosmic Birefringence with CMB data”, Hot Topics in Modern Cosmology, Spontaneous Workshop XVI, Cargese – Insitut d’Etudes Scientifiques de Cargese, 1-7 Settembre 2024.
  • S. Paradiso, “Hints of new physics from CMB polarisation data”, Hot Topics in Modern Cosmology, Spontaneous Workshop XVII, Cargese – Insitut d’Etudes Scientifiques de Cargese, 23-29 Marzo 2025.
  • S.S.Sirletti, “Testing the harmonic-scale dependence of the isotropic cosmic birefringence effect with Planck data”, IAS Princeton, group meeting (Prof. Zaldarriaga). 12 Maggio 2025
  • S.Paradiso, “Investigating parity violation with the polarization of the CMB”, XI meeting on fundamental cosmology – Santander, 17-20 Novembre 2025.
  • S.S.Sirletti, “Testing the harmonic-scale dependence of the isotropic cosmic birefringence effect with Planck data”, Parity Violation from Home Conference. 18-21 Novembre 2025
  • H.V.Ragavendra, “…..”, Parity Violation from Home Conference. 18-21 Novembre 2025

 

Risultati del Progetto

  1. A new solution for the observed isotropic cosmic birefringence angle and its implications for the anisotropic counterpart through a Boltzmann approach Alessandro Greco, Nicola Bartolo, Alessandro Gruppuso e-Print: 2401.07079 [astro-ph.CO], DOI: 10.1088/1475-7516/2024/10/028 Published in: JCAP 10 (2024), 028
  2. Planck constraints on cosmic birefringence and its cross-correlation with the CMB G. Zagatti, M. Bortolami, A. Gruppuso, P. Natoli, L. Pagano, G. Fabbian e-Print: 2401.11973 [astro-ph.CO], DOI: 10.1088/1475-7516/2024/05/034 Published in: JCAP 05 (2024), 034
  3. Conversations in the dark: cross-correlating birefringence and LSS to constrain axions S. Arcari, N. Bartolo, A. Greco, A. Gruppuso, M. Lattanzi, P. Natoli e-Print: 2407.02144 [astro-ph.CO], DOI: 10.1088/1475-7516/2024/10/101 Published in: JCAP 10 (2024), 101
  4. LiteBIRD science goals and forecasts: constraining isotropic cosmic birefringence LiteBIRD Collaboration • E. de la Hoz et al. e-Print: 2503.22322 [astro-ph.CO], DOI: 10.1088/1475-7516/2025/07/083 Published in: JCAP 07 (2025), 083
  5. Twisted echoes of an odd quartet: Scalar-induced gravitational waves as a probe of primordial parity-violation H.V. Ragavendra, Nicola Bartolo e-Print: 2507.02733 [astro-ph.CO], submitted
  6. Planck constraints on the scale dependence of isotropic cosmic birefringence M. Ballardini, A. Gruppuso, S. Paradiso, S.S. Sirletti, P. Natoli e-Print: 2507.16714 [astro-ph.CO], DOI: 10.1088/1475-7516/2025/09/075 Published in: JCAP 09 (2025), 075
  7. LiteBIRD Science Goals and Forecasts. $E$-mode Anomalies LiteBIRD Collaboration • A.J. Banday et al. e-Print: 2508.16451 [astro-ph.CO], submitted to JCAP
  8. Stairway to Axions: the cross-correlation of birefringence and galaxies from NPIPE and Quaia S. Arcari, N. Bartolo, G. Fabbian, A. Greco, A. Gruppuso, M. Lattanzi, P. Natoli, L. Pagano, G. Zagatti e-Print: 2509.22273 [astro-ph.CO], submitted to JCAP