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Napoli, 10/03/08 S. Penati 1

Verso una teoria del tutto: La teoria delle stringhe

S. PenatiUniversità di Milano Bicocca ed INFN


Fisica e ordini di grandezza


Teorie diverse a scale diverse

Relativitàgenerale

Fisicaclassica

Meccanicaquantistica

Teoria deicampi

10 m26

10 m0

10 m-10

10 m-15

10 m-35

?


La teoria del tutto

Universo, relativita` generale, Geometria dello spazio-tempo

Particelle/onde

Stringhe?


I mattoni della materia (fermioni)

confinati in mesoni (qq)barioni (qqq)

liberi

Caricaelettrica

+2/3

-1/3

0

-1

Interazioni

F,E,D

D

E,D

protone = uud neutrone = udd

Perché 3 ?


Le 4 interazioni fondamentali

attive su tutte le distanzeattive su d < 10–15 m

1 10-2

10-510-39


Particelle forza (bosoni)

Forze sono dovute alloscambio di particelle

Legame tra spin e statistica


Teorie quantistiche per le interazioni

MODELLO STANDARD =

Teoria elettrodebole + QCD

Interazioni e.m. e debole Interazione forte

DESCRIZIONE UNIFICATA DELLE 3 FORZE


Diagrammi di Feynman

Creazione e distruzione di particelle virtuali

+ + + ……..

Probabilità che avvenga il processo diventaInfinita !!!!

Infiniti riassorbiti in una ridefinizione di pochiparametri della teoria (masse, costantid’accoppiamento ….)


Unificazione?


Problemi della teoria dei campi

Il modello standard dipende da parametri non determinati teoricamente (masse, costantid’accoppiamento ecc…)

Qual’ è l’origine dello spettro di particelleche osserviamo ?Perchè osserviamo 4 forze fondamentali ? Perchè intensità così diverse ?

PerchPerchèè la la gravitgravitàà appareappare solo a 10 solo a 10 GevGev ??

Il diagramma di unificazione è credibile ?

19


Problemi della teoria dei campi II

Come inseriamo la gravità nel modello

standard ?

La teoria dei campi non è consistente per descrivere la gravità perchè genera infinititroppo cattivicattivi


Perchè la stringa ?

ParticellaPuntiforme

Oggetto esteso


La teoria delle stringhe

STRINGHE APERTE

STRINGHE CHIUSE

A distanze ~ 10 cm dovremmo osservare chegli oggetti elementari sono

-33

Tensione


Interazioni di stringhe


Stringhe e particelle

Le particelle sono associate ai vari modi normalidi vibrazione delle stringhe


Le dimensioni della stringa

La teoria di stringa che contiene la MATERIA (fermioni) e i BOSONI VETTORI è la

È un oggetto esteso la cui evoluzione genera unFOGLIO che si muove in uno spazio-tempo supersimmetrico a


La teoria delle stringhe II

La teoria contiene altri oggetti estesi: D-brane


D-brane


Le potenzialita` della stringa

Nel limite a basse energie contiene il correttospettro di particelle

Fornisce una descrizione consistente per la gravita` quantistica

Prevede la supersimmetria

Prevede l’esistenza di dimensioni extra


T-dualità

S-dualità

piccole distanze e grandi distanzediventano concetti interscambiabili

regime di accoppiamento forte eregime di accoppiamento debolediventano interscambiabili

g 1/g


Un caso speciale di S-dualità

La corrispondenza AdS/CFT

TEORIA DI CAMPO TEORIA DI STRINGAIN 4D SENZA == IN 5D GRAVITÀg >> 1 g << 1


I punti deboli della stringa

Perchè la stringa è periodicamente criticata?

1. È lontana dall’avere riscontri sperimentali2. Non si conosce ancora un meccanismo che

porti ad un limite univoco a basse energie. Landascape ?

3. Dimensioni extra: compattificazione o universiparalleli ?

4. La supersimmetria non e`ancora stata vista


Relatività

La relatività speciale

È la teoria che descrive consistentemente la presenza della velocità della luce come velocitàlimiteAssegna uno spazio-tempo quadridimensionaleper la descrizione dei fenomeni naturali

Equivalenza massa/energia E = mc2


Le 5 teorie di stringa

DIVERSE TEORIE DI SUPERSTRINGHE

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