Teoria delle superstringhe

TEORIA DELLE SUPERSTRINGHE

Il principio di Supersimmetria tra bosoni e fermioni ha portato a elaborare una teoria che sembra dare promesse per l'unificazione delle forze: la teoria delle superstringhe. Originariamente questa era una teoria che spiegava solo il comportamento dei bosoni e veniva chiamata teoria delle stringhe. È stata l'inclusione della Supersimmetria a trasformare la teoria delle stringhe in teoria delle superstringhe, che ora, nelle sue 5 varianti, è in grado di descrivere sia bosoni che fermioni.

Le particelle elementari, intese come particelle puntiformi, devono essere sostituite da stringhe sottilissime e di lunghezza indefinita, che possono essere aperte o chiuse: in base alla chiusura o apertura di queste stringhe vi sono diverse versioni di questa teoria. La stringa sarebbe la struttura intima delle particelle, viste come tali solo a larga scala. Ogni particella sarebbe dunque formata da strettissimi filamenti o corde capaci di vibrare e oscillare. Ogni modo di oscillazione e vibrazione della superstringa corrisponderà a particelle specifiche con differente massa, carica, spin e generazione di appartenenza. Tutte le particelle esistenti in natura non sarebbero nient'altre che differenti modi di vibrazione di una sola superstringa. La massa di ciascuna particella sarebbe dunque determinata dall'energia della stringa, tanto più alta quanto maggiore è la massa della particella. L'aspetto più importante della teoria delle superstringhe è che essa è per ora l'unica in grado di risolvere l'incompatibilità esistente tra la meccanica quantistica e la relatività generale. Una teoria quantistica relativistica esiste già ma questa teoria funziona bene solo quando la gravità viene trascurata. Invece la teoria della relatività generale funziona solo quando la meccanica quantistica può essere trascurata, perché la teoria di Einstein della gravità non funziona alle distanze praticamente nulle che sono quelle entro cui hanno luogo le interazioni delle particelle elementari. Il concetto di stringa è in grado di oscurare la differenza fra il grande e il piccolo, tra il forte e il debole. È l'unica teoria fino ad ora esistente che sembra capace di unificare tutte le forze in una sola. La teoria del tutto ipotizzata dalla teoria delle superstringhe si concretizzerebbe nella supergravità. La lunghezza di una stringa sarebbe dell'ordine dei 10^-33 cm, la lunghezza di Planck: la lunghezza minima a cui sia riconosciuto un significato fisico. Su questa scala di lunghezza l'interazione gravitazionale è necessariamente uguale alle altre tre interazioni conosciute: in tal modo si è obbligati a fondere la natura quantistica della materia con la natura spaziotemporale della gravità.  L'attribuzione di una dimensione non nulla (la lunghezza) all'entità fisica fondamentale di stringa estenderebbe il numero di dimensioni dello spazio-tempo da 4 (le tre dimensioni spaziali e la dimensione temporale) a 10, 6 delle quali avvolte, attorcigliate su se stesse e di dimensioni estremamente piccole pari alla lunghezza di Planck. In passato si ritenevano possibili in tutto 26 dimensioni, il consenso di oggi tra i teorici è che queste debbano essere in tutto 10. Queste dimensioni non sono percepibili né dai nostri sensi né da alcuno strumento. Il fatto che noi non percepiamo dimensioni superiori alla terza non impedisce ai fisici teorici delle superstringhe di pensarle come realmente esistenti. La teoria delle superstringhe contempla una specie di "superspazio" senza il quale le leggi della fisica non potrebbero esplicarsi nella loro interezza. Le dimensioni previste dalla teoria delle superstringhe sono chiamate brane. Le particelle esistono solo in un subspazio tridimensionale, che viene chiamato 3-brana. Il comportamento della gravità si manifesta su scala molto più grande: la gravità può attraversare sia le dimensioni (o brane) conosciute che tutto l'intero iperspazio delle sei dimensioni spaziali rimanenti. Le superstringhe rappresentano un tentativo matematico per dimostrare teoricamente (anche se non ancora sperimentalmente) l'esistenza di universi nascosti di ordine superiore attraverso cui si propagano le leggi della fisica. La teoria delle superstringhe prevede anche universi tridimensionali paralleli al nostro, che potrebbero contenere materia diversa dalla nostra e dove le leggi della fisica potrebbero essere differenti, mentre le leggi della gravità sarebbero le stesse per tutti, dal momento che la gravità si propaga attraverso tutte le dimensioni. Il progresso della ricerca in questo campo è tuttavia lento e difficoltoso, a causa dell'estrema complessità matematica e concettuale e della completa mancanza di dati sperimentali; la teoria, infatti, coinvolge dimensioni microscopiche ed energie macroscopiche, attualmente irraggiungibili con gli strumenti a disposizione.

Rappresentazioni artistiche di stringhe chiuse avvolte su se stesse

SCHEMA RIASSUNTIVO

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