vedi i lucidi

INSEGUENDO IL SOGNO DI EINSTEIN Gianguido Dall’Agata

Tutto comincia con Albert Einstein...

UNIFICAZIONE

Gravitazione

ElettroMagnetismo

1915: Relatività Generale

1905: Relatività SpecialeEffetto Fotoelettrico (Nobel)

• 1905: Spazio e tempo sono legati indissolubilmente

• La forza di gravità è una manifestazione della curvatura dello spaziotempo

•

La Relatività Generale

• 1905: Spazio e tempo sono legati indissolubilmente

• La forza di gravità è una manifestazione della curvatura dello spaziotempo

• 1915: Tutto “cade” seguendo linee rette!



Molte nuove idee...

Buchi Neri

Espansione dell’Universo


E’ verificata sperimentalmente con enorme precisione!

Deflessione dei raggi di luce dal sole

Precessione del perielio di Mercurio

Sistema Binario 1913+16

Il campo elettromagnetico lo capiamo perchè è forte

ElettroMagnetismo

Il campo elettromagnetico lo capiamo perchè è forte

E’ la prima forza che abbiamo quantizzato (ElettroDinamica Quantistica = QED)

E’ verificata con enorme precisione!

ElettroMagnetismo

gteoria = 2, 0023193043(07)gexp = 2, 0023193043(63)

Einstein voleva unificare la nostra comprensione del mondo “infinitamente” piccolo con quella dell’

“infinitamente” grande

A grandi scale

Relatività Generale

A piccole scale

Teorie di campoquantistiche

L’Unificazione

L’Unificazione

Quantitativamente:

Grandezze fondamentali G, c, h

Scala Minima

Scala Cosmica (Hubble)

TP =LP

c! 10!43sLP =

!Gh

c3! 10!33 cm

LH ! 1028 cm TH ! 1018 s

LH

LP=

TH

TP! 1061

L’Unificazione

Idea per unificare e

T. Kaluza (1921) e O. Klein (1926)

Dimensioni Extra

Moto in 1D

L’Unificazione

Idea per unificare e

T. Kaluza (1921) e O. Klein (1926)

Dimensioni Extra

Moto in 2D

L’Unificazione (Kaluza-Klein)

Il campo EM in 3+1 dimensioni ha 2 polarizzazioni:

x

y

z


Il campo EM in 4+1 dimensioni ha 3 polarizzazioni

x

y

z

w


Il campo EM in 4+1 dimensioni ha 3 polarizzazioni

La nuova polarizzazione è però legata alla dimensione compatta

In 3+1 dimensioni vedo ancora il campo elettromagnetico + una nuova forza, legata alla polarizzazione extra


L’idea di Kaluza e Klein è di avere solo gravità in 5 dimensioni

La gravità ha molte polarizzazioni in più in 5 dimensioni

In 4(=3+1) dimensioni vedo Gravità + Elettromagnetismo

BRILLANTE! MA...

Relatività Generale

Teorie di Campo

Quantistiche

Ancora più dimensioni?

Quantizzare G?

L’Unificazione

Non è solo un problema concettuale ma anche fisico: Cosmologia

Lontano passato Universo molto caldo e denso

Universo caldo Energie molto alte (c)

Universo denso Grandi Curvature (G)

Grandi Curvature Effetti quantistici (h)

Lontano nello spazio ~ Indietro nel tempo

LH TP

Se le cose non funzionano, cambiamo le regole del gioco!!!

(ma non troppo)

Idea: tutte le particelle elementari non sono punti, ma stringhe!

La Teoria Delle Stringhe

La Teoria delle Stringhe è una teoria quantistica e relativistica di oggetti unidimensionali

Le stringhe classiche possono avere una lunghezza arbitraria. Le stringhe quantistiche hanno una lunghezza minima (ottimale)

La massa è legata alla vibrazione

Le oscillazioni sono quantizzate

Stringhe Aperte

Stringhe Chiuse

J=1: Fotone

J=2: Gravitone


SUPERSTRINGTHEORY


MA: La teoria delle stringhe richiede 10 dimensioni!

FIX: compattificazioni (Kaluza-Klein)

Così la fisica in 4D dipende dalla geometria interna(polarizzazioni nello spazio compatto)

Oggi siamo alla ricerca della configurazione Base(Il Vuoto della teoria)

The string theory landscape

! Landscape is huge.

! But: still highly constrained (! “swampland”). Plausibly onlyfinite number compatible with rough observational constraints.

! In principle we could hope to one day classify all vacua andfind unique one matching precision data, enabling us topredict everything we want to know.


MA: Ci sono almeno 5 diverse teorie di stringa!

Sono tutti aspetti diversi di una unica TEORIA M


E’ una teoria estremamente ricca con innumerevoli applicazioni

La teoria delle stringhe non contiene

solo stringhe


E’ una teoria estremamente ricca con innumerevoli applicazioni

Un grande successo: la fisica dei buchi neri

Buchi neri per dummies: membrane permeabili solo in una direzione

La Teoria Delle Stringhe e i Buchi Neri

Il processo di Penrose: i buchi neri rotanti come macchine termodinamiche

Ergosphere

Horizon Area, A

Mass, M

Ergosphere

Horizon Area, A

Mass, M

Efinal

Einitial


Posso associare quantità termodinamiche al buco nero:

Temperatura ~ T

Entropia ~ S


Bekenstein e Hawking mostrano che

SBH =A

4L2P

! kB log Nstati

ma in GR ho un unico stato, cioè S ~ 0Nel centro della nostra galassia c’è un buco nero di raggio 5,9•106 Km, e quindi S ~4,2•1089

La teoria delle stringhe mi permette di descrivere i buchi neri e contarne gli stati: Nel limite semiclassico si trova esattamente SBH !

Una Teoria in Cerca di un Esperimento

La teoria delle stringhe predice la supersimmetria(extra dimensioni quantistiche)

Nuove particelle...

... da scoprire al Large Hadron Collider


Negli acceleratori possiamo scoprire le

dimensioni extra

Misuro una perdita di energia!!


Cosmologia:

CMB

Stringhe cosmiche

In Conclusione...

Il sogno di Einstein è realizzato dalla teorie

delle stringhe, ma in un modo inimmaginabile 50

anni fa

E’ ancora una teoria

In Conclusione...

Mach (1900): “Gli atomi sono entità non verificabili fisicamente”

Oggi li possiamo manipolare uno per uno

Edward Witten:

In Conclusione...

“La teoria delle stringhe è un pezzo di Fisica del XXI secolo che ci è

caduto sulla testa nel XX secolo”

Siamo nel XXI secolo: è il momento di completare

questo sogno!

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