Nel campo della fisica delle particelle, la teoria delle stringhe riunisce la meccanica quantistica e la teoria della relatività generale di Albert Einstein.
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- Che cos'è la teoria delle stringhe?
- Le 5 idee centrali della teoria delle stringhe
- Una breve storia della teoria delle stringhe
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Che cos'è la teoria delle stringhe?
La teoria delle stringhe fornisce un quadro teorico in cui tutte le particelle, dai fotoni ai quark, sono stringhe unidimensionali anziché punti a dimensione zero. Se si trovasse una versione della teoria delle stringhe che reggesse in tutti i contesti, servirebbe come un unico modello matematico per descrivere la natura dell'universo, una teoria di tutto ciò che sostituirebbe il Modello standard della fisica, che non spiega la gravità.
Le 5 idee centrali della teoria delle stringhe
Comprendere i dettagli della teoria delle stringhe richiede studi approfonditi, ma familiarizzare con gli elementi principali della teoria delle stringhe ti darà una comprensione di base dei suoi concetti fondamentali.
- Corde e brane : Le stringhe sono filamenti unidimensionali che si presentano in due forme: stringhe aperte e stringhe chiuse. Una stringa aperta ha estremità che non si connettono, mentre una stringa chiusa forma un anello chiuso. Le brane (derivate dalla parola 'membrana') sono oggetti simili a fogli a cui le stringhe possono attaccarsi alle due estremità. Le brane sono in grado di muoversi nello spaziotempo secondo le regole della meccanica quantistica.
- Dimensioni spaziali aggiuntive : I fisici accettano che il nostro universo contenga tre dimensioni spaziali, ma i teorici delle stringhe sostengono un modello che descriva dimensioni extra dello spazio. Nella teoria delle stringhe, almeno sei dimensioni aggiuntive non vengono rilevate perché sono strettamente compattate in una forma piegata complessa chiamata varietà di Calabi-Yau.
- Gravità quantistica : La teoria delle stringhe è una teoria della gravità quantistica perché tenta di fondere la fisica quantistica con la teoria della relatività generale. La fisica quantistica studia gli oggetti più piccoli nell'universo, come gli atomi e le particelle subatomiche, mentre la relatività generale si concentra tipicamente su oggetti su larga scala nell'universo.
- Supersimmetria : Conosciuta anche come teoria delle superstringhe, la supersimmetria descrive la relazione tra due tipi di particelle, bosoni e fermioni. Nella teoria delle stringhe della supersimmetria, un bosone (o particella di forza) ha sempre una controparte fermione (o particella di materia) e viceversa. Il concetto di supersimmetria è ancora teorico, poiché gli scienziati non hanno ancora visto nessuna di queste particelle. Alcuni fisici ipotizzano che ciò sia dovuto al fatto che ci vorrebbero livelli di energia incredibilmente alti per generare bosoni e fermioni. Queste particelle potrebbero essere esistite nell'universo primordiale prima del big bang, ma poi sono state scomposte nelle particelle a bassa energia viste oggi. Il Large Hadron Collider (il collisore di particelle a più alta energia del mondo) potrebbe ad un certo punto generare energia sufficiente per supportare questa teoria, anche se finora non ha mostrato prove di supersimmetria.
- Forze unificate : I teorici delle stringhe credono di poter utilizzare le stringhe interagenti per spiegare come le quattro forze fondamentali della natura - la forza di gravità, la forza elettromagnetica, la forza nucleare forte e la forza nucleare debole - creano una teoria unificata di tutto.
Una breve storia della teoria delle stringhe
La seguente cronologia segna risultati significativi nel campo della teoria delle stringhe.
- 1968 : Gabriele Veneziano, un fisico teorico italiano che lavora presso l'Organizzazione europea per la ricerca nucleare (CERN), ha utilizzato i dati raccolti da vari acceleratori di particelle per formulare le basi della teoria delle stringhe. Ha costruito il modello a doppia risonanza dopo aver realizzato che poteva usare la formula della funzione beta di Eulero vecchia di 200 anni per spiegare le caratteristiche fisiche delle particelle che interagiscono fortemente.
- 1970 : Il nome 'teoria delle stringhe' è stato coniato quando tre fisici - Leonard Susskind, Holger Nielsen e Yoichiro Nambu - hanno usato il modello di Veneziano per suggerire che l'universo è costituito da minuscole corde vibranti.
- 1971 : Il professore di fisica teorica Pierre Ramond ha avviato lo sviluppo della teoria delle superstringhe formulando il concetto di supersimmetria.
- 1974 : Il fisico giapponese Tamiaki Yoneya ha scoperto che la teoria delle stringhe contiene una particella con le proprietà di un gravitone, una particella quantistica che porta la forza gravitazionale, e si è reso conto che aspetti della teoria delle stringhe possono anche essere una teoria della gravità.
- 1984 : Il fisico inglese Michael Green e il fisico americano John Schwarz scoprirono la cancellazione dell'anomalia nella teoria delle stringhe di tipo I, che divenne nota come meccanismo di Green-Schwarz. Questo evento collegò ulteriormente le idee della teoria delle stringhe con la supersimmetria e lanciò la prima rivoluzione delle superstringhe.
- 1985 : Il 'Princeton String Quartet'—David Goss, Jeffrey Harvey, Emil Martinec e Ryan Rohm—ha scoperto le stringhe eterotiche, che sono stringhe chiuse che sono ibridi di una superstringa e una stringa bosonica.
- Millenovecentonovantacinque : Edward Witten, un fisico teorico presso l'Institute for Advanced Study di Princeton, New Jersey, ha suggerito che le cinque diverse versioni accettate della teoria delle stringhe non sono in realtà teorie separate. Witten propose che fossero solo limiti variabili di una singola teoria che Witten chiamò M-teoria. L'idea della teoria M ha lanciato la seconda rivoluzione delle superstringhe.
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