Teoria delle stringhe
gimpIn quanto tale, il modello sarebbe rimasto un interessante esercizio di fisica matematica se non fosse per il seguente fatto: i livelli discreti che appaiono nello spettro di una stringa quantizzata contengono degli stati che descrivono, tra le altre cose, particelle di massa nulla con spin pari a 1 e a 2 (in unita' di Planck). Queste particelle note col nome di fotone e gravitone rappresentano rispettivamente i "quanti" delle forze elettromagnetiche e gravitazionali, per cui la teoria di stringa ci fornisce, per la prima volta, uno schema consistente capace di descrivere a livello quantistico e in maniera unificata sia il campo elettromagnetico che quello gravitazionale.
Ma c'e' molto di più. Il modello di stringa, con un'opportuna generalizzazione, puo' essere reso "supersimmetrico", ossia invariante rispetto a particolari trasformazioni che scambiano tra loro le coordinate della stringa e le componenti di un campo cosiddetto "fermionico", che descrive, una volta quantizzato, particelle di spin semintero. Si ottiene così la teoria delle "superstringhe", il cui spettro quantistico puo' contenere non solo il fotone e il gravitone, ma anche gli stati (di tipo bosonico) corrispondenti alle altre interazioni fondamentali (quelle nucleari, deboli e forti), e persino gli stati (di tipo fermionico) che rappresentano i componenti fondamentali della materia (quarks e leptoni).
La teoria delle superstringhe si propone quindi come un possibile modello unificato che riproduce, con i livelli energetici discreti di una superstringa quantizzata, tutti i possibili tipi di interazioni fondamentali esistenti in Natura e tutti i componenti elementari della materia. La sintesi proposta da questa teoria puo' essere paragonata, senza esagerazioni, a quella realizzata circa un secolo fa dal modello atomico quantistico, che e' stato capace di riprodurre, coi diversi livelli energetici quantizzati di un sistema elementare (l'atomo di Bohr), tutta la varieta' degli stati atomici osservati coi loro differenti spettri.
Ma non e' ancora finita. La cosa che veramente ha una portata rivoluzionaria e' che la teoria delle stringhe non si limita a dirci quali sono le interazioni fondamentali presenti in Natura e quali sono i componenti elementari della materia. La teoria delle stringhe ci dice anche quali sono le equazioni dinamiche a cui questi campi fondamentali devono obbedire!
Ci dice, ad esempio, che il campo elettromagnetico deve soddisfare le equazioni di Maxwell, il campo gravitazionale quelle di Einstein, l'elettrone deve soddisfare l'equazione di Dirac, e così via. Nelle ordinarie teorie di campo quantistiche queste equazioni vengono da noi selezionate tra molti e diversi tipi di equazioni possibili, e sono imposte "ad hoc" in base a motivazioni puramente fenomenologiche: le scegliamo, tra le molte possibili, solo perche' si accordano con le indicazioni sperimentali. La teoria delle stringhe, invece, e' consistente a livello quantistico se e solo se le particelle che descrive soddisfano a condizioni differenziali che si riducono (in prima approssimazione e a bassa energia) alle equazioni di Maxwell per il fotone, alle equazioni d Einstein per il gravitone, etc ... Non esiste attualmente nessun'altra teoria capace di predizioni cosi efficaci e potenti.
spazio tempo
La teoria delle superstringhe può essere formulata in modo corretto e consistente con le leggi della relativita' e della meccanica quantistica solo in uno spazio-tempo con 10 dimensioni (di cui una temporale e 9 spaziali). La teoria prevede dunque l'esistenza di 6 dimensioni spaziali "extra", che si aggiungono alle 3 dimensioni che gia' ben conosciamo per esperienza quotidiana. Queste dimensioni aggiuntive sono tanto reali quanto le altre, ma difficili da rivelare perche' si estendono su distanze molto piccole, oppure per il fatto che risultano pressoche' impenetrabili alle interazioni con le quali esploriamo lo spazio ordinario. La rivelazione (o l'esclusione) sperimentale diretta o indiretta di questa dimensioni extra è una delle più avvincenti sfide che la teoria delle stringhe ci propone.Share on Facebook