Viviamo in un Universo a 26 dimensioni

Viviamo in un Universo a 26 dimensioni

Scopriamo insieme la teoria delle stringhe

di Antonella Ravizza

Scienza e Fisica Quantistica

Viviamo in un Universo a 26 dimensioni? Scopriamo insieme la teoria delle stringhe

Un obiettivo centrale della fisica della fine del XIX secolo è stata la scoperta dellelettrone, e
in seguito, lo studio del nucleo atomico e delle particelle elementari tramite lanalisi dei
processi durto. La meccanica quantistica ha introdotto delle novità assegnando alle particelle alcune proprietà ondulatorie, oltre che corpuscolari.

Dai diagrammi di Feyman alla Teoria delle Stringhe

Dagli inizi degli anni 20 del XX secolo è nata la teoria quantistica dei campi, che associa alle
particelle i quanti di energia dei campi donda corrispondenti. Dagli anni 30 sono stati fatti
esperimenti a energie sempre più elevate che dimostrano che la materia è composta da elettroni,
protoni e neutroni (materia ordinaria) e da moltissime altre particelle instabili, con tempi di
disintegrazione spontanea molto brevi, dellordine di qualche milionesimo di secondo. A volte le
interazioni tra le particelle sono indotte da scambi di altre particelle; questo è alla base della
tecnica molto interessante dei diagrammi di Feynman, che consente di collegare la probabilità di
reazione (nota come sezione durto) a processi elementari in cui le particelle reagenti generano
altre particelle in stati intermedi. Alla somma dei diagrammi relativi a un certo processo la teoria
associa un’ampiezza di probabilità, cioè un numero complesso il cui modulo al quadrato determina
essenzialmente le sezioni d’urto. Con il proliferare delle particelle soggette alle interazioni
forti, lapplicazione di questi metodi risulta limitata, per lestrema intensità delle forze
nucleari. Negli anni Sessanta si è cercato di caratterizzare le sezioni durto e le corrispondenti ampiezze di probabilità.

La Teoria delle Stringhe è nata proprio perché sembrava impossibile ricorrere alla teoria
quantistica dei campi e ai corrispondenti diagrammi di Feynman per le interazioni forti. La Teoria
delle Stringhe nasce nel 1968 da un un’intuizione del fisico italiano Gabriele Veneziano, ma solo
nel 1970, Yoichiro Nambu, Holger Bech Nielsen e Leonard Susskind la introdussero per la prima volta.

Nel 1974 John Schwarz e Joël Sherk ottennero dai modi di vibrazione delle stringhe una particella
con spin pari a 2: il gravitone! Nel 1984 Michael Green e John Schwarz spiegarono tutti i fenomeni
di interazione e fecero incuriosire tutti i fisici del tempo, tanto che la teoria iniziò ad essere conosciuta e diffusa a livello mondiale.

Ma cosa è la Teoria delle Stringhe?

In inglese string significa corda, infatti è nota anche come teoria delle corde. Non bisogna però
fare confusione con la parola stringa, perché esiste in due diversi contesti. Nella Teoria delle
Stringhe si ipotizza che tutte le particelle elementari (tutto lUniverso, anche noi) siano modi
vibrazionali di stringhe microscopiche, talmente piccole che non possano essere distinte dalle
particelle elementari che conosciamo. Le stringhe dovrebbero essere piccole cordicelle vibranti
(chiuse o aperte) i cui modi di vibrazioni sarebbero in grado di creare tutte le particelle
bosoniche e fermioniche conosciute. Esse sarebbero i costituenti ultimi della materia e avrebbero
dimensioni addirittura un milione di volte più piccole dei quark: la dimensione di una stringa è
infinitesimale, miliardi di miliardi di volte più piccola di un nucleo atomico (circa 10-35 metri) e questo precluderebbe ogni possibilità di osservarle.
La vibrazione delle stringhe dà origine sia alla materia sia allenergia.

La base matematica e le verifiche sperimentali della Teoria delle Stringhe

Con la Teoria delle Stringhe le particelle subatomiche sono come note musicali e la Natura diventa una grande partitura.
La Teoria delle Stringhe ha una solida ed elegante base matematica, il problema attuale sta nel
trovare le possibili verifiche a livello sperimentale. La Teoria delle Stringhe originaria, detta
teoria bosonica, prendeva in considerazione i bosoni, la sua variante supersimmetrica è in grado di
includere anche i fermioni, per questo si parla oggi di Teoria delle Superstringhe. Queste stringhe
sono diverse dalle stringhe cosmiche. I fisici spesso chiamano stringhe fondamentali le stringhe
microscopiche che costituiscono lUniverso e superstringhe cosmiche le stringhe cosmiche che
derivano dalla teoria delle stringhe. Le stringhe cosmiche sono delle configurazioni di energia che,
secondo alcune teorie di fisica delle alte energie, si sono formate in un passato remoto. Sono di
struttura filamentosa e possono essere molto grandi, delle dimensioni di una galassia o addirittura lunghe quanto lUniverso. Le stringhe sarebbero sparse ovunque nellUniverso.

Alcune teorie di fisica moderna dicono che in passato molto remoto, pochi istanti dopo il Big Bang,
si sarebbero formate le stringhe cosmiche che, a causa della continua espansione dellUniverso,
sarebbero diventate sempre più grandi. Fino a qualche tempo fa si pensava che le superstringhe
cosmiche fossero instabili e decadessero in tempi brevissimi nelle stringhe fondamentali.
Recentemente, però si è notato che non è sempre vero, poiché è possibile avere delle configurazioni
di superstringhe cosmiche stabili, che potrebbero essere sia aperte sia chiuse, e potrebbero formare
unintera rete di stringhe che è presente in tutto lUniverso. Purtroppo però non si è ancora
trovato il modo di dimostrare sperimentalmente lesistenza delle stringhe, quindi ad oggi la teoria delle stringhe resta una congettura teorica.
La Teoria delle Stringhe porta anche all’esistenza di nuove dimensioni (oltre le 3 spaziali + 1
temporale a cui siamo abituati): ben 26 nella teoria bosonica originaria e 10 nelle versioni con le
superstringhe. I fisici si stanno abituando a queste stranezze, infatti un tempo chi parlava di
nuove dimensioni o realtà parallele sarebbe stato classificato come un pazzo, adesso, invece, questi
concetti sono accettati come possibili, e si ricerca per ottenere risultati più chiari.

>> https://www.macrolibrarsi.it/_biologia_fisica_matematica_.php?pn=1567