I recenti avanzamenti dell’acceleratore LHC di Ginevra sembrano avvicinarci sempre di più ad una teoria della fisica unificata. La annunciata scoperta del bosone di Higgs, che sembrebbe mettere in ordine un ultimo tassello del modello Standard della fisica delle particelle, è un indizio che ci indica come la conoscenza delle leggi di Natura si stia facendo sempre migliore.
Secondo la mia opinione siamo però ancora molto lontani dal capire qual’è la struttura profonda di queste leggi. Il Modello Standard è semplicemente una tavola di Mendeleev delle particelle subnucleari, con la sua suddivisione in classi e proprietà ed una descrizione dei processi che le coinvolgono. Il problema principale è che questo è un modello ingegneristico, tira in ballo 20 parametri per descrivere le masse, le cariche, gli spin e come le particelle interagiscono. Ben lungi dall’essere elegante, ma funziona.
La teoria delle stringhe, in voga da 20 anni a questa parte, sembrerebbe ridurre la complessità del modello standard ipotizzando che le particelle (fermioni e bosoni) altro non siano che stati vibrazionali di stringhe di energia su varietà note come Calabi-Yau. E’ interessante sapere, senza addentrarsi nei dettagli di una teoria estremamente complessa, difficile e variegata (più che una teoria si parla di un framework di teorie) che l’unico parametro necessario è la tensione della stringa vibrante.
La principale novità della teoria delle stringhe è la necessità di un numero maggiore di dimensioni di quello a cui siamo abituati, cioè 3 spaziali ed una temporale. Nella sua accezione più generale (la M-teoria elaborata da Edward Witten), sono necessarie 11 dimensioni, cioè 7 dimensioni extra oltre le 4 classiche. I teorici delle stringhe amano dire che queste 7 dimensioni extra sono “compattificate”, vale a dire arrotolate ad avere dimensioni estremamente piccole.
Esempio visivo (inaccurato) di compattificazione
Struttura dello spazio-tempo secondo la teoria delle stringhe in una rappresentazione artistica ed estremamente inaccurata, ma significativa.
Lungi dall’essere, quella delle stringhe, una teoria completa e la mia una spiegazione precisa, ad ogni punto delle dimensioni macroscopiche sarebbero presenti altre dimensioni estremamente ridotte, appallottolate in maniera tale da rispondere ad equazioni fondamentali della geometria differenziale (legate alle equazioni di Einstein) dette varietà di Calabi-Yau. Potendosi “aggrovigliare” in migliaia di modi diversi, le varietà di Calabi-Yau determinerebbero la forma delle equazioni fisiche e delle costanti che regolano il nostro mondo.
La “musica” e le note che si formerebbero su queste varietà complesse, sarebbero le note stringhe, le quali interagendo determinano le interazioni fra le particelle elementari, anch’esse stringhe.
Ma cosa succede se proviamo a scrivere alcune delle equazioni più note della fisica in uno spazio con 5 dimensioni ad esempio? Già all’inizio del secolo questa idea era venuta a Kaluza e Klein ed aveva intrigato anche Einstein che ha speso gli ultimi anni della sua vita alla ricerca di una teoria unificatrice.
Un’idea ce la si può fare grazie al libro “A first course in string theory” che cerca di raggruppare la conoscenza accumulata in centinaia di articoli dalla sua nascita ad oggi della teoria più affascinante e controversa della storia della fisica.
Libri da leggere:
- Shing Tung Yau, “La forma dello spazio profondo”, Boringhieri
- Anton Zwiebach, “A first course in string theory”
- Peter Woit, “Neanche sbagliata, Il fallimento della teoria delle stringhe e la corsa all’unificazione delle leggi della fisica”, Edizioni Codice
- Brian Greene, “L’universo elegante” Einaudi, 2005
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