8/18/2019 La Teoria Delle Stringhe Sotto

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La teoria delle stringhe sotto assedio. Ing. Silvano D’Onofrio

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Se non sapete cos’è la teoria delle stringhe e a cosa serve, abbiate un po’ di pazienza. 

“Considerata da molti la migliore candidata per unificare le forze della natura, finora non ha

 predetto un solo risultato sperimentale.A prescindere da come si evolverà la faccenda, la storia della teoria delle superstringhe è unepisodio che non ha alcun precedente nella storia della fisica moderna.Più di vent’anni di intensa ricerca, portata avanti da migliaia tra i migliori scienziati del mondo

intenti a produrre decine di migliaia di lavori scientifici, non hanno condotto a una sola predizioneverificabile della teoria.Questa situazione spinge a chiedersi se si possa realmente descrivere la ricerca nella teoria dellesuperstringhe come ricerca scientifica nel campo della fisica.” 

Insomma, come avete letto, c’è chi non ha in simpatia questa teoria andando già sul pesante. Una piena bocciatura di questa teoria da essere snobbata anche dal Modello Standard.Modello Standard di cosa? Perché è standard? Chi lo dice? Qual è il suo scopo? E’ giusto che siacosì?

Andiamo per ordine. Chiariremo tutto.A scuola ci avevano insegnato che l’atomo era la più piccola particella in natura, formata da un

nucleo interno e da un certo numero di particelle chiamate elettroni che gli orbitano attorno a cui èstato attribuito un segno negativo.Il nucleo a sua volta era formato da altre particelle ravvicinate: i protoni (di carica positiva) e ineutroni privi di carica.Gli atomi si legavano poi tra di loro tramite gli elettroni esterni per formare delle molecolecomplesse.

Salto a piè pari tutti i successivi passaggi sulla teoria quantistica (materia complicata anche per ifisici) per arrivare a quando si è cominciato a spaccare i nuclei degli atomi con degli acceleratori di

 particelle producendo altre particelle.Succede che si scopre che gli elettroni, neutroni e protoni, le cosiddette ultime particelle dellanatura non sono più le uniche particelle in natura. Si ricomincia tutto da capo.

All’elettrone si aggiungono altre due particelle (muone e tau), sei tipi di quark (up, down, charm,

strange, top, bottom), tre tipi di neutrini (elettronico, muonico, tau).Poi altre particelle (fotoni, bosoni W, bosoni Z, gluoni) che sono considerate le mediatrici di forza.

Ovvero quelle particelle che sono alla base dei fenomeni fisici e responsabili della struttura dellamateria e dell’universo. 

Insomma, ci sono due generi di particelle: particelle che sono materia (come gli elettroni, i protoni, ineutroni, e i quark) e particelle che mediano le interazioni (fotoni, bosoni, gluoni).E per finire in bellezza c’è il bosone di Higgs.  

Ma non è tutto qui.I fisici scoprono altre particelle. Se ne contano più di 200. Particelle che nascono e muoiono intempi brevissimi. Per identificare queste particelle, le hanno chiamate con i nomi delle lettere deglialfabeti greco e romano. E non sono nemmeno sufficienti dal momento che non passa giorno che

vengono scoperte altre particelle.

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Un bel casino.Di tutte queste particelle quali sono quelle fondamentali?

Il Modello Standard Ebbene il Modello Standard cerca di mettere un po’ d’ordine (tratteremo in un altro post questo

argomento).Elaborata originariamente nell’ambito della fisica delle particelle, nell’identificazione deicostituenti fondamentali della materia si è estesa allo studio delle forze fondamentali attraverso lequali questi costituenti interagiscono.

Il Modello Standard è pertanto una teoria che descrive i componenti primi della materia e le lorointerazioni.

Il modello standard si basa principalmente sui dati ricavati dai grandi protosincrotroni del Fermilabe del CERN (l’Organizzazione europea per la ricerca nucleare), dallo Stanford Linear Accelerator

Center (SLAC), dai collisori per elettroni e positoni della Cornell University, di Amburgo e di

Stanford e dal collisore protone-antiprotone del CERN.

Ora che abbiamo risposto a un bel po’ delle nostre domande, rimane da domandarci se il Modello

Standard è legge.

 Non è legge. Per di più non da risposte ad alcuni quesiti e contiene un grave limite. –  Il Modello Standard non ha idea del perché debbano esistere altre particelle più pesanti come peresempio il muone. E’ infatti necessario che la fisica teorica giustifichi la presenza di questi fantasmi

che nascono e muoiono in intervalli brevissimi e che riesca ad affermare che il modello standardnon sia costituito da particelle ancora più piccole.

 –  Il Modello Standard (MS) non prevede l’esistenza della materia oscura che costituisce gran partedella materia dell’Universo. 

 –  Il MS descrive tre delle quattro forze fondamentali (forte, elettromagnetica, debole), ma noncomprende la forza gravitazionale per la quale non esiste ad oggi una teoria quantistica coerente.Senza la gravità non ci sarebbe alcuna forza in grado di aggregare la materia in galassie, stelle,

 pianeti.

In poche parole il Modello Standard spiega come le tre delle forze che regolano il mondodell’infinitamente piccolo, ma la teoria non da spiegazioni del ruolo che occupano certe particelle

fantasma e tralasciava la più famigliare delle forze: la forza di gravità “G”. 

Dimenticanza non di poco conto, dal momento che gli scienziati si propongono proprio di unificaretutte le forze della natura. Proprio tutte, compresa la forza di gravità. Ora capite perchè non è legge.

Ok, ora è arrivato il momento di parlare della teoria delle stringhe (in sintesi) per capire cos’ha disbagliato da essere così bistrattata dalla scienza ufficiale.

Oggigiorno centinaia di scienziati stanno cercando una teoria capace di descrivere tutta la realtà,dalle particelle elementari all’universo, nel suo complesso in una unica legge. Una Teoria del Tutto.

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La teoria delle stringhe. La teoria delle stringhe è una elegante teoria fisica che descrive tutta larealtà, dalle particelle elementari a tutto l’Universo, secondo cui tutta la

materia è composta da minuscole cordicine vibranti: le stringhe.La teoria delle stringhe è considerata da molti fisici la strada maestra inquesta direzione.

Lo stesso Einstein negli ultimi venti anni della sua vita cercò un modo didescrivere tutte le forze della natura con una unica teoria.La teoria delle stringhe potrebbe realizzare il suo sogno.

Tutto è iniziato nel 1968 quando un giovane fisico italiano Gabriele Veneziano ricercava leequazioni che potessero spiegare la forza nucleare forte ossia la potente colla che tiene assieme ilnucleo di ogni atomo legando i protoni ai neutroni. Un giorno in un vecchio libro sulla storia della

matematica trovò una formula di duecento anni prima elaborata da Leonhard Euler matematicosvizzero.Veneziano si rese conto che l’equazione di Euler poteva descrivere la forza nucleare forte.

Grazie al passa parola tra colleghi l’equazione giunse fino ad un giovane fisico americano, Leonard

Susskind che nel studiarla si accorse che dietro i simboli astratti si nascondeva qualcosa di nuovo.Essa descriveva un particolare tipo di particella con una struttura interna vibrante. Non statica, mauna specie di stringa elastica. L’elastico non solo si allungava e si ritraeva ma ondeggiava e

corrispondeva magicamente alla formula.

La stringa quindi non è altro che una particella priva di massa che vibra.Cosa significa?

Tutte le particelle elementari che compongono la materia e tutte le forze fondamentali della naturasono in realtà minuscole corde vibranti. L’universo in questa visione è come una grande sinfonia. 

Ogni vibrazione ha una sua energia. Se l’energia raddoppia, raddoppia anche la vibrazione cioè ilnumero di oscillazioni che la corda fa in un secondo.

Può sembrare un discorso insensato, ma il fatto nuovo è che ad ogni vibrazione corrisponde un tipodi particella.

Gli elettroni, per esempio, sono stringhe che vibrano allo stesso modo. I quark sono stringhe chevibrano in modo diverso. Le stringhe sono sempre le stesse ma cambia il modo di vibrare. Mentre

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l’energia di vibrazione è proporzionale alla massa della particella in accordo con la famosa formuladi Einstein E=mc2

Vi sembra una teoria assurda?Ok, andiamo avanti.

Le stringhe non possono fermarsi mai né possono avere energia nulla e valgono le stesse regoledella meccanica quantistica.

Dove sta allora l’inghippo che fa di questa teoria una teoria senza senso? Le vibrazioni avvengono in uno spazio a 10 dimensioni. La presenza di altre dimensioni in più alle3 conosciute è un fatto indispensabile per far funzionare la teoria. Se queste dimensioni extra non cifossero la teoria avrebbe contraddizioni interne di tipo matematico.

Stringhe senza massa che vibrano a 10 dimensioni.Una follia.

Mica tanto.Particelle senza massa sono già previste nel Modello Standard e l’esistenza di dimensioni extra sono

contemplate da molti fisici. Alcune teorie prevedono 26 dimensioni delle quali 22 arrotolate su sestesse.Infine dal momento che nessuno conosce la intima forma delle particelle elementari “classiche”,

non si può esclude l’esistenza di particelle vibranti.  

Ma ecco la vera rivoluzione della teoria delle stringhe,La misteriosa formula scoperta da Veneziano non rappresentava la forza di interazione forte, bensìqualcosa che aveva a che fare con la forza di gravità.

Quella particella centinaia di miliardi di miliardi più piccole di un atomo era in realtà un“gravitone”. Ossia la tanto cercata particella G che trasmette la forza di gravità nel mondo

infinitamente piccolo della quantistica.

La teoria delle stringhe aveva prodotto il pezzo mancante nel Modello Standard.

Cosa significava?Significava che le stringhe descrivevano la gravità a livello subatomico ma anche le altre tre forze.Si poteva così parlare di unificazione di tutte le forze realizzando il sogno di Einstein.Fu un momento straordinario per i fisici ricercatori, perché nessuno era arrivato a tanto. Fino ad

allora ogni loro scoperta era stata accolta con freddezza, non questa volta.Questa volta la reazione fu esplosiva. In meno di un anno il numero dei fisici teorici delle stringheraggiunse le svariate centinaia.

La teoria delle stringhe fu battezzata la “Teoria del Tutto”. 

Tutto risolto?Macché, la critica è sempre la stessa. Una bella e fantasiosa teoria.Perché?

Il motivo è sempre lo stesso: nessun esperimento può dimostrare cosa succede a simili dimensioni.

 Non si può fare nessun esperimento e nessuna osservazione che possa confutare tale teoria.

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Fine della storia? No.

Ecco la rivincita.Due teorici dell’Institute for Advanced Study (IAS) a Princeton hanno proposto recentemente unmetodo per trovare delle “evidenze” che facciano luce sulla teoria delle stringhe.  

Questo metodo si basa sulla ricerca di “particelle reliche” che sarebbero esistite circa 14 miliardi di

anni fa, originatesi con una energia 15 miliardi di volte superiore a quella che si ha tipicamentedurante una collisione al Large Hadron Collider (LHC). Motivo questo per cui le stringhe non

 possono essere rilevate dagli acceleratori di particelle.

Per far questo, gli scienziati non possono certamente portare il grande collisore adronico a quelleenergie, nemmeno avvicinarsi, ma potrebbero rivelare delle “tracce” dell’eventuale esistenza di

queste particelle primordiali attraverso osservazioni cosmologiche, grazie soprattutto ad unatecnologia adeguata.

Insomma, questa ricerca potrebbe portarci verso la scoperta di evidenze che possono far luce

sull’esistenza di particelle reliche che hanno lasciato la loro traccia impressa nell’intero Universo.Se qualcuno sarà in grado di provare, o meno, il fatto che il mondo è fatto di stringhe, allora potremo dire che la matematica che sta alla base della teoria delle stringhe potrà essere applicata adaltri campi.

 Nel 2009, i ricercatori scoprirono che la matematica della teoria delle stringhe poteva essereutilizzata nell’ambito della fisica della materia condensata. Da allora, i fisici hanno applicato la

teoria allo studio dei superconduttori.

Fisici teorici come Edward Witten dell’IAS ritengono che il successo in altri campi della ricerca

indica in realtà che la teoria delle stringhe rappresenti il “cuore” di tutte le altre teorie al livello più

fondamentale.

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Conclusione:Si può dire che il Modello Standard descriva coerentemente la Natura?

 No. È per questo motivo che i fisici considerano il modello standard una teoria incompleta, unatransizione verso qualcosa di più generale che spieghi veramente l’universo macroscopico partendo

dalle sue più microscopiche componenti.

Allora siamo proprio sicuri che la teoria delle stringhe è solo una bella e fantasiosa teoria?