Introduzione

Per decenni, la maggior parte dei fisici hanno convenuto che la teoria delle stringhe è l’anello mancante tra la teoria della relatività generale di Einstein – che descrive le leggi della natura alla scala più grande – e la meccanica quantistica – che le descrive alla scala più piccola. Tuttavia, una collaborazione internazionale guidata dai fisici della Radboud ha ora fornito prove convincenti che la teoria delle stringhe non è l’unica teoria che potrebbe costituire l’anello di congiunzione. Hanno dimostrato che è possibile costruire una teoria della gravità quantistica che obbedisce a tutte le leggi fondamentali della fisica, senza stringhe.

Hanno descritto le loro scoperte in Physical Review Letters la scorsa settimana.

Contraddizione

Quando osserviamo la gravità all’opera nel nostro universo, come il moto dei pianeti o la luce che passa vicino a un buco nero, tutto sembra seguire le leggi scritte da Einstein nella sua teoria della relatività generale. D’altra parte, la meccanica quantistica è una teoria che descrive le proprietà fisiche della natura alla scala più piccola degli atomi e delle particelle subatomiche.

Queste due teorie, pur avendo permesso di spiegare ogni fenomeno fisico fondamentale osservato, si contraddicono a vicenda. Ad oggi, i fisici hanno gravi difficoltà a conciliare le due teorie per spiegare la gravità sia sulla scala più grande che su quella più piccola.

Nessun vincolo

Negli anni ’70, i fisici proposero un nuovo insieme di principi fisici per affrontare questo problema, estendendo le leggi proposte dalla teoria generale della relatività. Secondo questa cosiddetta “teoria delle stringhe“, tutto ciò che ci circonda non è formato da particelle puntiformi, ma da stringhe: oggetti monodimensionali che vibrano. Fin dalla sua introduzione, la teoria delle stringhe è stata il quadro teorico più diffuso che si pensa completi la teoria generale della relatività di Einstein in una teoria della gravità quantistica.

Tuttavia, una nuova dimostrazione da parte dei fisici teorici dell’Università di Radboud dimostra ora che la teoria delle stringhe non è l’unico modo per farlo. “Noi dimostriamo che è ancora possibile spiegare la gravità usando la meccanica quantistica senza utilizzare le leggi della teoria delle stringhe“, dice il fisico teorico Frank Saueressig. “Dimostriamo che l’idea che tutto sia costituito da particelle puntiformi potrebbe ancora adattarsi alla gravità quantistica, senza includere le stringhe. Questo quadro di fisica delle particelle è verificato anche sperimentalmente, per esempio, al Large Hadron Collider (LHC) del CERN“.

Visto negli esperimenti

Per gli scienziati, questa teoria alternativa è interessante da usare perché è stato estremamente difficile collegare la teoria delle stringhe agli esperimenti. La nostra idea utilizza i principi fisici già verificati sperimentalmente. In altre parole: nessuno ha mai osservato le stringhe negli esperimenti, ma le particelle sono cose che la gente vede sicuramente negli esperimenti LHC. Questo ci permette di colmare più facilmente il divario tra le previsioni teoriche e gli esperimenti“.

Un solo insieme di leggi

Dopo aver dimostrato che le loro idee sono in grado di risolvere problemi di lunga data nella fisica delle particelle, il consorzio sta attualmente esplorando le implicazioni delle loro nuove leggi a livello di buchi neri. Dopo tutto, esiste un solo insieme di leggi della natura e questo insieme dovrebbe essere in grado di applicarsi a tutti i tipi di domande, compreso cosa succede quando facciamo collidere le particelle a energie incredibilmente elevate o cosa succede quando le particelle cadono in un buco nero.

Sarebbe fantastico dimostrare che c’è effettivamente un legame tra queste domande apparentemente scollegate che permette di risolvere gli enigmi che appaiono su entrambi i lati“.

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