Dalla Ricerca dell`Arché alla Teoria delle Stringhe
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Dalla Ricerca dell’Arché alla Teoria delle Stringhe Dott. Alex Casanova1 1 Gruppo Divulgazione Scientifica Dolomiti “E. Fermi” Belluno, 07/03/2009 A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 1 / 25 Sommario 1 Introduzione 2 La Via per l’Unificazione Le Particelle Elementari Le Forze Fondamentali 3 La Teoria delle Stringhe Definizione di Stringa Proprietà delle Stringhe Spettri di Massa Extra Dimensioni Brane 4 Conclusioni Pro e Contro Prospettive A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 2 / 25 La Ricerca dell’Arché Grecia Antica (circa 600-500 a.C.), prime speculazioni filosofico-scientifiche sui fenomeni naturali: Ci deve essere una qualche sostanza, o più di una, da cui le altre cose vengono all’esistenza, mentre essa permane. Ma riguardo al numero e alla forma di tale principio non tutti dicono lo stesso: Talete, il fondatore di tale forma di filosofia, dice che è l’acqua. Aristotele ([1], pag. 55) Di quanti dicono che il principio è uno e in movimento[. . . ] alcuni affermano che è limitato: cosı̀ Talete [. . . ] e Ippone [. . . ] dicevano che il principio è l’acqua spinti a tale conclusione dall’esame sensoriale dei fenomeni. Simplicio ([1], pag. 56) A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 3 / 25 La Ricerca dell’Arché Grecia Antica (circa 600-500 a.C.), prime speculazioni filosofico-scientifiche sui fenomeni naturali: Ci deve essere una qualche sostanza, o più di una, da cui le altre cose vengono all’esistenza, mentre essa permane. Ma riguardo al numero e alla forma di tale principio non tutti dicono lo stesso: Talete, il fondatore di tale forma di filosofia, dice che è l’acqua. Aristotele ([1], pag. 55) Di quanti dicono che il principio è uno e in movimento[. . . ] alcuni affermano che è limitato: cosı̀ Talete [. . . ] e Ippone [. . . ] dicevano che il principio è l’acqua spinti a tale conclusione dall’esame sensoriale dei fenomeni. Simplicio ([1], pag. 56) A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 3 / 25 Definizione di Arché Questo principio è l’Arché; vediamo alcune definizioni: “[. . . ]nel suo rivolgersi al Tutto Eterno e all’identità del diverso egli [Talete] cerca di determinare in modo razionale l’elemento fisico capace di unificare il molteplice diveniente. Ecco dunque l’acqua arché di tutte le cose.” S. Maso ([1], pag. 52) “il problema della natura delle cose presuppone l’identità o l’unità della materia, che si trova cosı̀ arditamente affermata all’inizio di queste speculazioni.” F. Enriques, G. De Santillana ([2], pag. 15) A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 4 / 25 Definizione di Arché Arché: “L’unità risulta per loro da un principio razionale di permanenza implicitamente accettato, per cui l’intima natura delle cose persiste invariata attraverso l’apparenza dei cambiamenti.” F. Enriques, G. De Santillana ([2], pag. 15) In sintesi Arché come principio razionale che unificava tutti i fenomeni naturali, principio primo, elementare, fondamentale che si riconosce in tutti i fenomeni osservati in Natura. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 5 / 25 Definizione di Arché Arché: “L’unità risulta per loro da un principio razionale di permanenza implicitamente accettato, per cui l’intima natura delle cose persiste invariata attraverso l’apparenza dei cambiamenti.” F. Enriques, G. De Santillana ([2], pag. 15) In sintesi Arché come principio razionale che unificava tutti i fenomeni naturali, principio primo, elementare, fondamentale che si riconosce in tutti i fenomeni osservati in Natura. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 5 / 25 L’Arché in chiave Moderna Steven Weinberg: “Our job in physics is to see things simply, to understand a great many complicated phenomena in a unified way, in terms of a few simple principles.” Incipit della sua Nobel Lecture, 1979 Traducendo: determinare i Costituenti Elementari della materia; individuare le Forze Fondamentali della Natura; in altre parole, descrivere il Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 6 / 25 L’Arché in chiave Moderna Steven Weinberg: “Our job in physics is to see things simply, to understand a great many complicated phenomena in a unified way, in terms of a few simple principles.” Incipit della sua Nobel Lecture, 1979 Traducendo: determinare i Costituenti Elementari della materia; individuare le Forze Fondamentali della Natura; in altre parole, descrivere il Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 6 / 25 L’Arché in chiave Moderna Steven Weinberg: “Our job in physics is to see things simply, to understand a great many complicated phenomena in a unified way, in terms of a few simple principles.” Incipit della sua Nobel Lecture, 1979 Traducendo: determinare i Costituenti Elementari della materia; individuare le Forze Fondamentali della Natura; in altre parole, descrivere il Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 6 / 25 L’Arché in chiave Moderna Steven Weinberg: “Our job in physics is to see things simply, to understand a great many complicated phenomena in a unified way, in terms of a few simple principles.” Incipit della sua Nobel Lecture, 1979 Traducendo: determinare i Costituenti Elementari della materia; individuare le Forze Fondamentali della Natura; in altre parole, descrivere il Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 6 / 25 I Costituenti Elementari Quali sono le particelle elementari che costituiscono i mattoni fondamentali di tutto ciò che ci circonda? Facciamo un viaggio verso l’infinitamente piccolo... 1700-1800: primi teorie atomiche della materia (Lavoisier, Proust, Dalton); 1897: scoperta dell’elettrone (J.J. Thomson, Nobel 1906); 1907: scoperta del protone (E. Rutherford, Nobel 1908); 1932: scoperta del neutrone (C. Chadwick, Nobel 1935); 1936: scoperta del muone (C. Anderson); 1947: scoperta del pione (C. Powell - Nobel 1950, C. Lattes, G. Occhialini) e numerose altre particelle simili al protone; 1956: scoperta del neutrino (F. Reines, Nobel 1995). A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 7 / 25 I Costituenti Elementari Quali sono le particelle elementari che costituiscono i mattoni fondamentali di tutto ciò che ci circonda? Facciamo un viaggio verso l’infinitamente piccolo... 1700-1800: primi teorie atomiche della materia (Lavoisier, Proust, Dalton); 1897: scoperta dell’elettrone (J.J. Thomson, Nobel 1906); 1907: scoperta del protone (E. Rutherford, Nobel 1908); 1932: scoperta del neutrone (C. Chadwick, Nobel 1935); 1936: scoperta del muone (C. Anderson); 1947: scoperta del pione (C. Powell - Nobel 1950, C. Lattes, G. Occhialini) e numerose altre particelle simili al protone; 1956: scoperta del neutrino (F. Reines, Nobel 1995). A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 7 / 25 I Costituenti Elementari Quali sono le particelle elementari che costituiscono i mattoni fondamentali di tutto ciò che ci circonda? Facciamo un viaggio verso l’infinitamente piccolo... 1700-1800: primi teorie atomiche della materia (Lavoisier, Proust, Dalton); 1897: scoperta dell’elettrone (J.J. Thomson, Nobel 1906); 1907: scoperta del protone (E. Rutherford, Nobel 1908); 1932: scoperta del neutrone (C. Chadwick, Nobel 1935); 1936: scoperta del muone (C. Anderson); 1947: scoperta del pione (C. Powell - Nobel 1950, C. Lattes, G. Occhialini) e numerose altre particelle simili al protone; 1956: scoperta del neutrino (F. Reines, Nobel 1995). A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 7 / 25 I Costituenti Elementari Quali sono le particelle elementari che costituiscono i mattoni fondamentali di tutto ciò che ci circonda? Facciamo un viaggio verso l’infinitamente piccolo... 1700-1800: primi teorie atomiche della materia (Lavoisier, Proust, Dalton); 1897: scoperta dell’elettrone (J.J. Thomson, Nobel 1906); 1907: scoperta del protone (E. Rutherford, Nobel 1908); 1932: scoperta del neutrone (C. Chadwick, Nobel 1935); 1936: scoperta del muone (C. Anderson); 1947: scoperta del pione (C. Powell - Nobel 1950, C. Lattes, G. Occhialini) e numerose altre particelle simili al protone; 1956: scoperta del neutrino (F. Reines, Nobel 1995). A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 7 / 25 I Costituenti Elementari Quali sono le particelle elementari che costituiscono i mattoni fondamentali di tutto ciò che ci circonda? Facciamo un viaggio verso l’infinitamente piccolo... 1700-1800: primi teorie atomiche della materia (Lavoisier, Proust, Dalton); 1897: scoperta dell’elettrone (J.J. Thomson, Nobel 1906); 1907: scoperta del protone (E. Rutherford, Nobel 1908); 1932: scoperta del neutrone (C. Chadwick, Nobel 1935); 1936: scoperta del muone (C. Anderson); 1947: scoperta del pione (C. Powell - Nobel 1950, C. Lattes, G. Occhialini) e numerose altre particelle simili al protone; 1956: scoperta del neutrino (F. Reines, Nobel 1995). A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 7 / 25 I Costituenti Elementari Quali sono le particelle elementari che costituiscono i mattoni fondamentali di tutto ciò che ci circonda? Facciamo un viaggio verso l’infinitamente piccolo... 1700-1800: primi teorie atomiche della materia (Lavoisier, Proust, Dalton); 1897: scoperta dell’elettrone (J.J. Thomson, Nobel 1906); 1907: scoperta del protone (E. Rutherford, Nobel 1908); 1932: scoperta del neutrone (C. Chadwick, Nobel 1935); 1936: scoperta del muone (C. Anderson); 1947: scoperta del pione (C. Powell - Nobel 1950, C. Lattes, G. Occhialini) e numerose altre particelle simili al protone; 1956: scoperta del neutrino (F. Reines, Nobel 1995). A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 7 / 25 I Costituenti Elementari Quali sono le particelle elementari che costituiscono i mattoni fondamentali di tutto ciò che ci circonda? Facciamo un viaggio verso l’infinitamente piccolo... 1700-1800: primi teorie atomiche della materia (Lavoisier, Proust, Dalton); 1897: scoperta dell’elettrone (J.J. Thomson, Nobel 1906); 1907: scoperta del protone (E. Rutherford, Nobel 1908); 1932: scoperta del neutrone (C. Chadwick, Nobel 1935); 1936: scoperta del muone (C. Anderson); 1947: scoperta del pione (C. Powell - Nobel 1950, C. Lattes, G. Occhialini) e numerose altre particelle simili al protone; 1956: scoperta del neutrino (F. Reines, Nobel 1995). A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 7 / 25 I Costituenti Elementari Quali sono le particelle elementari che costituiscono i mattoni fondamentali di tutto ciò che ci circonda? Facciamo un viaggio verso l’infinitamente piccolo... 1700-1800: primi teorie atomiche della materia (Lavoisier, Proust, Dalton); 1897: scoperta dell’elettrone (J.J. Thomson, Nobel 1906); 1907: scoperta del protone (E. Rutherford, Nobel 1908); 1932: scoperta del neutrone (C. Chadwick, Nobel 1935); 1936: scoperta del muone (C. Anderson); 1947: scoperta del pione (C. Powell - Nobel 1950, C. Lattes, G. Occhialini) e numerose altre particelle simili al protone; 1956: scoperta del neutrino (F. Reines, Nobel 1995). A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 7 / 25 I Costituenti Elementari Quali sono le particelle elementari che costituiscono i mattoni fondamentali di tutto ciò che ci circonda? Facciamo un viaggio verso l’infinitamente piccolo... 1700-1800: primi teorie atomiche della materia (Lavoisier, Proust, Dalton); 1897: scoperta dell’elettrone (J.J. Thomson, Nobel 1906); 1907: scoperta del protone (E. Rutherford, Nobel 1908); 1932: scoperta del neutrone (C. Chadwick, Nobel 1935); 1936: scoperta del muone (C. Anderson); 1947: scoperta del pione (C. Powell - Nobel 1950, C. Lattes, G. Occhialini) e numerose altre particelle simili al protone; 1956: scoperta del neutrino (F. Reines, Nobel 1995). A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 7 / 25 I Costituenti Elementari In tal senso, il viaggio verso l’infinitamente piccolo sembra concludersi nello “zoo” delle particelle; per mettere ordine nel 1961 si sviluppò un modello teorico, il cosidetto Modello a Quark. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 8 / 25 I Costituenti Elementari In questo viaggio verso l’infinitamente piccolo queste particelle possono essere considerate puntiformi. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 9 / 25 I Costituenti Elementari In questo viaggio verso l’infinitamente piccolo queste particelle possono essere considerate puntiformi. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 9 / 25 Le Forze Fondamentali Come interagiscono queste particelle? Interagiscono secondo la Forza Elettromagnetica Responsabile dell’attrazione/repulsione di due cariche elettriche o due calamite, alla base dei fenomeni ottici Forza Nucleare Debole Responsabile dei decadimenti radioattivi, come il decadimento β n → p+ + e− + ν e Forza Nucleare Forte È la colla che tiene uniti i quark dentro i protoni ed i neutroni A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 10 / 25 Le Forze Fondamentali Come interagiscono queste particelle? Interagiscono secondo la Forza Elettromagnetica Responsabile dell’attrazione/repulsione di due cariche elettriche o due calamite, alla base dei fenomeni ottici Forza Nucleare Debole Responsabile dei decadimenti radioattivi, come il decadimento β n → p+ + e− + ν e Forza Nucleare Forte È la colla che tiene uniti i quark dentro i protoni ed i neutroni A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 10 / 25 Le Forze Fondamentali Come interagiscono queste particelle? Interagiscono secondo la Forza Elettromagnetica Responsabile dell’attrazione/repulsione di due cariche elettriche o due calamite, alla base dei fenomeni ottici Forza Nucleare Debole Responsabile dei decadimenti radioattivi, come il decadimento β n → p+ + e− + ν e Forza Nucleare Forte È la colla che tiene uniti i quark dentro i protoni ed i neutroni A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 10 / 25 Le Forze Fondamentali Come interagiscono queste particelle? Interagiscono secondo la Forza Elettromagnetica Responsabile dell’attrazione/repulsione di due cariche elettriche o due calamite, alla base dei fenomeni ottici Forza Nucleare Debole Responsabile dei decadimenti radioattivi, come il decadimento β n → p+ + e− + ν e Forza Nucleare Forte È la colla che tiene uniti i quark dentro i protoni ed i neutroni A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 10 / 25 Le Forze Fondamentali Queste tre forze vengono descritte in maniera unitaria e sintetica sulla base dei seguenti principi: principi della Meccanica Quantistica; principi della Relatività Speciale; principio di simmetria gauge (invarianza di scala). In tal senso, le forze si manifestano attraverso lo scambio di particelle dette mediatori forza elettromagnetica: fotone; forza nucleare debole: W ± , Z 0 ; forza nucleare forte: gluoni. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 11 / 25 Le Forze Fondamentali Queste tre forze vengono descritte in maniera unitaria e sintetica sulla base dei seguenti principi: principi della Meccanica Quantistica; principi della Relatività Speciale; principio di simmetria gauge (invarianza di scala). In tal senso, le forze si manifestano attraverso lo scambio di particelle dette mediatori forza elettromagnetica: fotone; forza nucleare debole: W ± , Z 0 ; forza nucleare forte: gluoni. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 11 / 25 Le Forze Fondamentali Queste tre forze vengono descritte in maniera unitaria e sintetica sulla base dei seguenti principi: principi della Meccanica Quantistica; principi della Relatività Speciale; principio di simmetria gauge (invarianza di scala). In tal senso, le forze si manifestano attraverso lo scambio di particelle dette mediatori forza elettromagnetica: fotone; forza nucleare debole: W ± , Z 0 ; forza nucleare forte: gluoni. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 11 / 25 Le Forze Fondamentali Queste tre forze vengono descritte in maniera unitaria e sintetica sulla base dei seguenti principi: principi della Meccanica Quantistica; principi della Relatività Speciale; principio di simmetria gauge (invarianza di scala). In tal senso, le forze si manifestano attraverso lo scambio di particelle dette mediatori forza elettromagnetica: fotone; forza nucleare debole: W ± , Z 0 ; forza nucleare forte: gluoni. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 11 / 25 Le Forze Fondamentali Queste tre forze vengono descritte in maniera unitaria e sintetica sulla base dei seguenti principi: principi della Meccanica Quantistica; principi della Relatività Speciale; principio di simmetria gauge (invarianza di scala). In tal senso, le forze si manifestano attraverso lo scambio di particelle dette mediatori forza elettromagnetica: fotone; forza nucleare debole: W ± , Z 0 ; forza nucleare forte: gluoni. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 11 / 25 Le Forze Fondamentali Queste tre forze vengono descritte in maniera unitaria e sintetica sulla base dei seguenti principi: principi della Meccanica Quantistica; principi della Relatività Speciale; principio di simmetria gauge (invarianza di scala). In tal senso, le forze si manifestano attraverso lo scambio di particelle dette mediatori forza elettromagnetica: fotone; forza nucleare debole: W ± , Z 0 ; forza nucleare forte: gluoni. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 11 / 25 Le Forze Fondamentali Queste tre forze vengono descritte in maniera unitaria e sintetica sulla base dei seguenti principi: principi della Meccanica Quantistica; principi della Relatività Speciale; principio di simmetria gauge (invarianza di scala). In tal senso, le forze si manifestano attraverso lo scambio di particelle dette mediatori forza elettromagnetica: fotone; forza nucleare debole: W ± , Z 0 ; forza nucleare forte: gluoni. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 11 / 25 Le Forze Fondamentali Queste tre forze vengono descritte in maniera unitaria e sintetica sulla base dei seguenti principi: principi della Meccanica Quantistica; principi della Relatività Speciale; principio di simmetria gauge (invarianza di scala). In tal senso, le forze si manifestano attraverso lo scambio di particelle dette mediatori forza elettromagnetica: fotone; forza nucleare debole: W ± , Z 0 ; forza nucleare forte: gluoni. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 11 / 25 Il caso della Gravità ...e la gravità? La gravità viene descritta dalla Teoria della Relatività Generale, in sintesi: lo spazio dice alla materia come muoversi; la materia dice allo spazio come curvarsi J. A. Wheeler [3] Dunque, la gravità si manifesta attraverso il ruolo dinamico dello spaziotempo; in tal senso non vi sono mediatori all’interno della Relatività Generale; non si utilizzano principi di Meccanica Quantistica; la gravità è molto meno intensa delle altre forze a livello di particelle (O(10−20 )). la gravità, in altre parole, esce dal quadro unificatore del Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 12 / 25 Il caso della Gravità ...e la gravità? La gravità viene descritta dalla Teoria della Relatività Generale, in sintesi: lo spazio dice alla materia come muoversi; la materia dice allo spazio come curvarsi J. A. Wheeler [3] Dunque, la gravità si manifesta attraverso il ruolo dinamico dello spaziotempo; in tal senso non vi sono mediatori all’interno della Relatività Generale; non si utilizzano principi di Meccanica Quantistica; la gravità è molto meno intensa delle altre forze a livello di particelle (O(10−20 )). la gravità, in altre parole, esce dal quadro unificatore del Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 12 / 25 Il caso della Gravità ...e la gravità? La gravità viene descritta dalla Teoria della Relatività Generale, in sintesi: lo spazio dice alla materia come muoversi; la materia dice allo spazio come curvarsi J. A. Wheeler [3] Dunque, la gravità si manifesta attraverso il ruolo dinamico dello spaziotempo; in tal senso non vi sono mediatori all’interno della Relatività Generale; non si utilizzano principi di Meccanica Quantistica; la gravità è molto meno intensa delle altre forze a livello di particelle (O(10−20 )). la gravità, in altre parole, esce dal quadro unificatore del Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 12 / 25 Il caso della Gravità ...e la gravità? La gravità viene descritta dalla Teoria della Relatività Generale, in sintesi: lo spazio dice alla materia come muoversi; la materia dice allo spazio come curvarsi J. A. Wheeler [3] Dunque, la gravità si manifesta attraverso il ruolo dinamico dello spaziotempo; in tal senso non vi sono mediatori all’interno della Relatività Generale; non si utilizzano principi di Meccanica Quantistica; la gravità è molto meno intensa delle altre forze a livello di particelle (O(10−20 )). la gravità, in altre parole, esce dal quadro unificatore del Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 12 / 25 Il caso della Gravità ...e la gravità? La gravità viene descritta dalla Teoria della Relatività Generale, in sintesi: lo spazio dice alla materia come muoversi; la materia dice allo spazio come curvarsi J. A. Wheeler [3] Dunque, la gravità si manifesta attraverso il ruolo dinamico dello spaziotempo; in tal senso non vi sono mediatori all’interno della Relatività Generale; non si utilizzano principi di Meccanica Quantistica; la gravità è molto meno intensa delle altre forze a livello di particelle (O(10−20 )). la gravità, in altre parole, esce dal quadro unificatore del Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 12 / 25 Il caso della Gravità ...e la gravità? La gravità viene descritta dalla Teoria della Relatività Generale, in sintesi: lo spazio dice alla materia come muoversi; la materia dice allo spazio come curvarsi J. A. Wheeler [3] Dunque, la gravità si manifesta attraverso il ruolo dinamico dello spaziotempo; in tal senso non vi sono mediatori all’interno della Relatività Generale; non si utilizzano principi di Meccanica Quantistica; la gravità è molto meno intensa delle altre forze a livello di particelle (O(10−20 )). la gravità, in altre parole, esce dal quadro unificatore del Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 12 / 25 Il caso della Gravità ...e la gravità? La gravità viene descritta dalla Teoria della Relatività Generale, in sintesi: lo spazio dice alla materia come muoversi; la materia dice allo spazio come curvarsi J. A. Wheeler [3] Dunque, la gravità si manifesta attraverso il ruolo dinamico dello spaziotempo; in tal senso non vi sono mediatori all’interno della Relatività Generale; non si utilizzano principi di Meccanica Quantistica; la gravità è molto meno intensa delle altre forze a livello di particelle (O(10−20 )). la gravità, in altre parole, esce dal quadro unificatore del Modello Standard. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 12 / 25 La Teoria delle Stringhe Punto di partenza: i mattoni fondamentali non sono particelle puntiformi, bensı̀ oggetti estesi in una dimensione spaziale Figura: (a) Particella Elementare Puntiforme; (b) Stringa Aperta; (c) Stringa Chiusa. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 13 / 25 Proprietà delle Stringhe Dimensioni: 10−35 m (se una stringa fosse grande quanto una mano, un atomo sarebbe grande quanto la nostra galassia!!) Tensione: unico parametro fisico che misura la resistenza della stringa alla variazione della sua lunghezza. Dinamica: una stringa può essere caratterizzata da due movimenti, un movimento traslatorio e un movimento oscillatorio A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 14 / 25 Proprietà delle Stringhe Studiare la dinamica delle stringhe significa calcolare la superficie che la stringa stessa individua nel suo moto nello spaziotempo (semplice approccio geometrico). Risultato: l’equazione del moto per una stringa è uguale all’equazione di un’onda o di una corda vibrante (ciò che cambia sono le condizioni al contorno) A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 15 / 25 Spettri di Massa A cosa corrispondono queste vibrazioni? Le vibrazioni della stringa, una volta quantizzate (sono cosı̀ ammesse solo ben precise frequenze di oscillazione), corrispondono ad uno spettro di particelle la cui massa dipende della frequenza di oscillazione. In particolare: Stringhe Aperte Le loro vibrazioni possono riprodurre a livello quantistico le particelle del Modello Standard Stringhe Chiuse Le loro vibrazioni possono riprodurre a livello quantistico il mediatore della forza di Gravità (gravitone) In sintesi Il mondo che ci circonda può essere visto come la sinfonia prodotta dalle stringhe vibranti A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 16 / 25 Spettri di Massa A cosa corrispondono queste vibrazioni? Le vibrazioni della stringa, una volta quantizzate (sono cosı̀ ammesse solo ben precise frequenze di oscillazione), corrispondono ad uno spettro di particelle la cui massa dipende della frequenza di oscillazione. In particolare: Stringhe Aperte Le loro vibrazioni possono riprodurre a livello quantistico le particelle del Modello Standard Stringhe Chiuse Le loro vibrazioni possono riprodurre a livello quantistico il mediatore della forza di Gravità (gravitone) In sintesi Il mondo che ci circonda può essere visto come la sinfonia prodotta dalle stringhe vibranti A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 16 / 25 Spettri di Massa A cosa corrispondono queste vibrazioni? Le vibrazioni della stringa, una volta quantizzate (sono cosı̀ ammesse solo ben precise frequenze di oscillazione), corrispondono ad uno spettro di particelle la cui massa dipende della frequenza di oscillazione. In particolare: Stringhe Aperte Le loro vibrazioni possono riprodurre a livello quantistico le particelle del Modello Standard Stringhe Chiuse Le loro vibrazioni possono riprodurre a livello quantistico il mediatore della forza di Gravità (gravitone) In sintesi Il mondo che ci circonda può essere visto come la sinfonia prodotta dalle stringhe vibranti A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 16 / 25 Spettri di Massa A cosa corrispondono queste vibrazioni? Le vibrazioni della stringa, una volta quantizzate (sono cosı̀ ammesse solo ben precise frequenze di oscillazione), corrispondono ad uno spettro di particelle la cui massa dipende della frequenza di oscillazione. In particolare: Stringhe Aperte Le loro vibrazioni possono riprodurre a livello quantistico le particelle del Modello Standard Stringhe Chiuse Le loro vibrazioni possono riprodurre a livello quantistico il mediatore della forza di Gravità (gravitone) In sintesi Il mondo che ci circonda può essere visto come la sinfonia prodotta dalle stringhe vibranti A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 16 / 25 Extra Dimensioni Attenzione!! Affinché la dinamica quantistica della stringa sia consistente con i principi della Relatività Speciale di Einstein lo spaziotempo deve avere 10 dimensioni cioè tempo + 3 dim. spaziali tradizionali + 6 extra dim. spaziali Il risultato è eccezionale: la dinamica quantistica di un oggetto relativistico esteso determina la dimensione delle spaziotempo; lo spaziotempo non è più un contenitore inerte. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 17 / 25 Extra Dimensioni Attenzione!! Affinché la dinamica quantistica della stringa sia consistente con i principi della Relatività Speciale di Einstein lo spaziotempo deve avere 10 dimensioni cioè tempo + 3 dim. spaziali tradizionali + 6 extra dim. spaziali Il risultato è eccezionale: la dinamica quantistica di un oggetto relativistico esteso determina la dimensione delle spaziotempo; lo spaziotempo non è più un contenitore inerte. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 17 / 25 Extra Dimensioni Attenzione!! Affinché la dinamica quantistica della stringa sia consistente con i principi della Relatività Speciale di Einstein lo spaziotempo deve avere 10 dimensioni cioè tempo + 3 dim. spaziali tradizionali + 6 extra dim. spaziali Il risultato è eccezionale: la dinamica quantistica di un oggetto relativistico esteso determina la dimensione delle spaziotempo; lo spaziotempo non è più un contenitore inerte. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 17 / 25 Extra Dimensioni Attenzione!! Affinché la dinamica quantistica della stringa sia consistente con i principi della Relatività Speciale di Einstein lo spaziotempo deve avere 10 dimensioni cioè tempo + 3 dim. spaziali tradizionali + 6 extra dim. spaziali Il risultato è eccezionale: la dinamica quantistica di un oggetto relativistico esteso determina la dimensione delle spaziotempo; lo spaziotempo non è più un contenitore inerte. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 17 / 25 Extra Dimensioni Attenzione!! Affinché la dinamica quantistica della stringa sia consistente con i principi della Relatività Speciale di Einstein lo spaziotempo deve avere 10 dimensioni cioè tempo + 3 dim. spaziali tradizionali + 6 extra dim. spaziali Il risultato è eccezionale: la dinamica quantistica di un oggetto relativistico esteso determina la dimensione delle spaziotempo; lo spaziotempo non è più un contenitore inerte. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 17 / 25 Extra Dimensioni Compatte Perché le extra dimensioni sono invisibili? Perché si arrotolano su loro stesse assumendo una forma simile a quella di un piccolo cerchio di raggio R. Le extra dimensioni si dicono per questo compatte. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 18 / 25 L’Universo a Brana Quando le extra dimensioni sono compatte, all’interno della Teoria della Stringhe compare automaticamente un nuovo oggetto esteso brana Caratteristiche: la brana è un’ipersuperficie 3-dimensionale immersa nello spaziotempo 10-dimensionale; le stringhe aperte, tramite gli estremi, sono vincolate alla brana; le stringhe chiuse possono muoversi al di fuori della brana nello spaziotempo 10-dimensionale. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 19 / 25 L’Universo a Brana Quando le extra dimensioni sono compatte, all’interno della Teoria della Stringhe compare automaticamente un nuovo oggetto esteso brana Caratteristiche: la brana è un’ipersuperficie 3-dimensionale immersa nello spaziotempo 10-dimensionale; le stringhe aperte, tramite gli estremi, sono vincolate alla brana; le stringhe chiuse possono muoversi al di fuori della brana nello spaziotempo 10-dimensionale. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 19 / 25 L’Universo a Brana Quando le extra dimensioni sono compatte, all’interno della Teoria della Stringhe compare automaticamente un nuovo oggetto esteso brana Caratteristiche: la brana è un’ipersuperficie 3-dimensionale immersa nello spaziotempo 10-dimensionale; le stringhe aperte, tramite gli estremi, sono vincolate alla brana; le stringhe chiuse possono muoversi al di fuori della brana nello spaziotempo 10-dimensionale. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 19 / 25 L’Universo a Brana Quando le extra dimensioni sono compatte, all’interno della Teoria della Stringhe compare automaticamente un nuovo oggetto esteso brana Caratteristiche: la brana è un’ipersuperficie 3-dimensionale immersa nello spaziotempo 10-dimensionale; le stringhe aperte, tramite gli estremi, sono vincolate alla brana; le stringhe chiuse possono muoversi al di fuori della brana nello spaziotempo 10-dimensionale. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 19 / 25 L’Universo a Brana Quando le extra dimensioni sono compatte, all’interno della Teoria della Stringhe compare automaticamente un nuovo oggetto esteso brana Caratteristiche: la brana è un’ipersuperficie 3-dimensionale immersa nello spaziotempo 10-dimensionale; le stringhe aperte, tramite gli estremi, sono vincolate alla brana; le stringhe chiuse possono muoversi al di fuori della brana nello spaziotempo 10-dimensionale. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 19 / 25 L’Universo a Brana Possiamo rappresentare questa situazione cosı̀: Conseguenze: poiché nello spettro delle stringhe aperte si trovano le particelle del Modello Standard, la brana si configura come il nostro Universo; poiché nello spettro delle stringhe chiuse si trova il gravitone, si spiega la debolezza della gravità rispetto alle altre forze fondamentali. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 20 / 25 L’Universo a Brana Possiamo rappresentare questa situazione cosı̀: Conseguenze: poiché nello spettro delle stringhe aperte si trovano le particelle del Modello Standard, la brana si configura come il nostro Universo; poiché nello spettro delle stringhe chiuse si trova il gravitone, si spiega la debolezza della gravità rispetto alle altre forze fondamentali. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 20 / 25 L’Universo a Brana Possiamo rappresentare questa situazione cosı̀: Conseguenze: poiché nello spettro delle stringhe aperte si trovano le particelle del Modello Standard, la brana si configura come il nostro Universo; poiché nello spettro delle stringhe chiuse si trova il gravitone, si spiega la debolezza della gravità rispetto alle altre forze fondamentali. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 20 / 25 L’Universo a Brana Possiamo rappresentare questa situazione cosı̀: Conseguenze: poiché nello spettro delle stringhe aperte si trovano le particelle del Modello Standard, la brana si configura come il nostro Universo; poiché nello spettro delle stringhe chiuse si trova il gravitone, si spiega la debolezza della gravità rispetto alle altre forze fondamentali. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 20 / 25 Conclusioni PRO teoria autoconsistente ed elegante dal punto di vista matematico; la teoria prevede dinamicamente la dimensione dello spaziotempo; la gravità è automaticamente inclusa nelle teoria; esistono modelli in grado di riprodurre il Modello Standard. CONTRO moltiplicazione dei modelli per la compattificazione delle extra dimensioni; difficoltà nel riprodurre il meccanismo di generazione delle masse all’interno del Modello Standard; mancanza di conferme sperimentali!!! A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 21 / 25 Conclusioni PRO teoria autoconsistente ed elegante dal punto di vista matematico; la teoria prevede dinamicamente la dimensione dello spaziotempo; la gravità è automaticamente inclusa nelle teoria; esistono modelli in grado di riprodurre il Modello Standard. CONTRO moltiplicazione dei modelli per la compattificazione delle extra dimensioni; difficoltà nel riprodurre il meccanismo di generazione delle masse all’interno del Modello Standard; mancanza di conferme sperimentali!!! A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 21 / 25 Conclusioni PRO teoria autoconsistente ed elegante dal punto di vista matematico; la teoria prevede dinamicamente la dimensione dello spaziotempo; la gravità è automaticamente inclusa nelle teoria; esistono modelli in grado di riprodurre il Modello Standard. CONTRO moltiplicazione dei modelli per la compattificazione delle extra dimensioni; difficoltà nel riprodurre il meccanismo di generazione delle masse all’interno del Modello Standard; mancanza di conferme sperimentali!!! A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 21 / 25 Conclusioni PRO teoria autoconsistente ed elegante dal punto di vista matematico; la teoria prevede dinamicamente la dimensione dello spaziotempo; la gravità è automaticamente inclusa nelle teoria; esistono modelli in grado di riprodurre il Modello Standard. CONTRO moltiplicazione dei modelli per la compattificazione delle extra dimensioni; difficoltà nel riprodurre il meccanismo di generazione delle masse all’interno del Modello Standard; mancanza di conferme sperimentali!!! A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 21 / 25 Conclusioni PRO teoria autoconsistente ed elegante dal punto di vista matematico; la teoria prevede dinamicamente la dimensione dello spaziotempo; la gravità è automaticamente inclusa nelle teoria; esistono modelli in grado di riprodurre il Modello Standard. CONTRO moltiplicazione dei modelli per la compattificazione delle extra dimensioni; difficoltà nel riprodurre il meccanismo di generazione delle masse all’interno del Modello Standard; mancanza di conferme sperimentali!!! A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 21 / 25 Conclusioni PRO teoria autoconsistente ed elegante dal punto di vista matematico; la teoria prevede dinamicamente la dimensione dello spaziotempo; la gravità è automaticamente inclusa nelle teoria; esistono modelli in grado di riprodurre il Modello Standard. CONTRO moltiplicazione dei modelli per la compattificazione delle extra dimensioni; difficoltà nel riprodurre il meccanismo di generazione delle masse all’interno del Modello Standard; mancanza di conferme sperimentali!!! A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 21 / 25 Conclusioni PRO teoria autoconsistente ed elegante dal punto di vista matematico; la teoria prevede dinamicamente la dimensione dello spaziotempo; la gravità è automaticamente inclusa nelle teoria; esistono modelli in grado di riprodurre il Modello Standard. CONTRO moltiplicazione dei modelli per la compattificazione delle extra dimensioni; difficoltà nel riprodurre il meccanismo di generazione delle masse all’interno del Modello Standard; mancanza di conferme sperimentali!!! A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 21 / 25 Conclusioni PRO teoria autoconsistente ed elegante dal punto di vista matematico; la teoria prevede dinamicamente la dimensione dello spaziotempo; la gravità è automaticamente inclusa nelle teoria; esistono modelli in grado di riprodurre il Modello Standard. CONTRO moltiplicazione dei modelli per la compattificazione delle extra dimensioni; difficoltà nel riprodurre il meccanismo di generazione delle masse all’interno del Modello Standard; mancanza di conferme sperimentali!!! A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 21 / 25 Conclusioni PRO teoria autoconsistente ed elegante dal punto di vista matematico; la teoria prevede dinamicamente la dimensione dello spaziotempo; la gravità è automaticamente inclusa nelle teoria; esistono modelli in grado di riprodurre il Modello Standard. CONTRO moltiplicazione dei modelli per la compattificazione delle extra dimensioni; difficoltà nel riprodurre il meccanismo di generazione delle masse all’interno del Modello Standard; mancanza di conferme sperimentali!!! A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 21 / 25 Conclusioni PRO teoria autoconsistente ed elegante dal punto di vista matematico; la teoria prevede dinamicamente la dimensione dello spaziotempo; la gravità è automaticamente inclusa nelle teoria; esistono modelli in grado di riprodurre il Modello Standard. CONTRO moltiplicazione dei modelli per la compattificazione delle extra dimensioni; difficoltà nel riprodurre il meccanismo di generazione delle masse all’interno del Modello Standard; mancanza di conferme sperimentali!!! A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 21 / 25 Prospettive LHC come banco di prova per la Teoria delle Stringhe? Verranno rilevate le extra dimensioni? Si produrranno mini buchi neri? A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 22 / 25 Jokes A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 23 / 25 Bibliografia S. Maso. “I presofisti e l’orizzonte della filosofia”. Sentieri della Filosofia, Paravia, 1993. F. Enriques, G. De Santillana. “Compendio di Storia del Pensiero Scientifico”. Dall’Antichità fino ai tempi moderni, Zanichelli, 1973. J. A. Wheeler. A Journey into Gravity and Spacetime. Scientific American Library, W. H. Freeman, New York, 1990 P. Woit. “Neanche Sbagliata”. Il fallimento della teoria delle stringhe e la corsa all’unificazione delle leggi della fisica. Codice, 2007. B. Green. “L’ universo elegante”. Superstringhe, dimensioni nascoste e la ricerca della teoria ultima. Einaudi, 2005. A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 24 / 25 Contatti Sito internet: www.gdsdolomiti.org Indirizzo e-mail: [email protected] A. Casanova (GDS Dolomiti “E. Fermi”) Introduzione alla Teoria delle Stringhe Belluno, 07/03/2009 25 / 25
