Verso una teoria del tutto:
La teoria delle stringhe
S. Penati
Università di Milano Bicocca ed INFN
Napoli, 10/03/08
S. Penati
1
Fisica e ordini di grandezza
Napoli, 10/03/08
S. Penati
2
Teorie diverse a scale diverse
Relatività
generale
26
10
m
Fisica
classica
10
Napoli, 10/03/08
0
m
Meccanica
quantistica
Teoria dei
-10
10
m campi
-15
10
m
S. Penati
?
-35
10 m
3
La teoria del tutto
Particelle/onde
Stringhe?
Universo, relativita` generale,
Geometria dello spazio-tempo
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4
I mattoni della materia (fermioni)
Carica
elettrica
Interazioni
+2/3
confinati in
mesoni (qq)
barioni (qqq)
F,E,D
-1/3
0
D
liberi
-1
E,D
Perché 3 ?
protone = uud
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neutrone = udd
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5
Le 4 interazioni fondamentali
1
10-2
10-5
10-39
attive su d < 10–15 m
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attive su tutte le distanze
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6
Particelle forza (bosoni)
Forze sono dovute allo
scambio di particelle
Legame tra spin e statistica
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Teorie quantistiche per le interazioni
MODELLO STANDARD =
Teoria elettrodebole
Interazioni e.m. e debole
+
QCD
Interazione forte
DESCRIZIONE UNIFICATA DELLE 3 FORZE
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Diagrammi di Feynman
Creazione e distruzione di particelle virtuali
+
+
+ ……..
Probabilità che avvenga il processo diventa
Infinita !!!!
Infiniti riassorbiti in una ridefinizione di pochi
parametri della teoria (masse, costanti
d’accoppiamento ….)
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Unificazione?
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10
Problemi della teoria dei campi
Il modello standard dipende da parametri non
determinati teoricamente (masse, costanti
d’accoppiamento ecc…)
Qual’ è l’origine dello spettro di particelle
che osserviamo ?
Perchè osserviamo 4 forze fondamentali ?
Perchè intensità così diverse ?
Perchè la gravità appare solo a 10
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Gev ?
Il diagramma di unificazione è credibile ?
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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 infiniti
troppo cattivi
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Perchè la stringa ?
Particella
Puntiforme
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Oggetto esteso
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La teoria delle stringhe
-33
A distanze ~ 10
cm dovremmo osservare che
gli oggetti elementari sono
STRINGHE APERTE
STRINGHE CHIUSE
Tensione
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Interazioni di stringhe
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Stringhe e particelle
Le particelle sono associate ai vari modi normali
di vibrazione delle stringhe
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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 un
FOGLIO che si muove in uno spazio-tempo
supersimmetrico a
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La teoria delle stringhe II
La teoria contiene altri oggetti estesi: D-brane
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D-brane
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Le potenzialita` della stringa
Nel limite a basse energie contiene il corretto
spettro di particelle
Fornisce una descrizione consistente per la
gravita` quantistica
Prevede la supersimmetria
Prevede l’esistenza di dimensioni extra
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T-dualità
piccole distanze e grandi distanze
diventano concetti interscambiabili
S-dualità
regime di accoppiamento forte e
regime di accoppiamento debole
diventano interscambiabili
g
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1/g
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Un caso speciale di S-dualità
La corrispondenza AdS/CFT
TEORIA DI CAMPO
IN 4D SENZA
GRAVITÀ
TEORIA DI STRINGA
==
IN 5D
g >> 1
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g << 1
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I punti deboli della stringa
Perchè la stringa è periodicamente criticata?
1. È lontana dall’avere riscontri sperimentali
2. Non si conosce ancora un meccanismo che
porti ad un limite univoco a basse energie.
Landascape ?
3. Dimensioni extra: compattificazione o universi
paralleli ?
4. La supersimmetria non e`ancora stata vista
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Relatività
La relatività speciale
È la teoria che descrive consistentemente la
presenza della velocità della luce come velocità
limite
Assegna uno spazio-tempo quadridimensionale
per la descrizione dei fenomeni naturali
Equivalenza massa/energia
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2
E = mc
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Le 5 teorie di stringa
DIVERSE TEORIE DI SUPERSTRINGHE
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