![]() |
Gabriele Veneziano ed Edward Witten |
Negli anni '70, tuttavia, c'è l'avvento della nozione di supersimmetria e la nascita della cosiddetta Teoria delle Superstringhe Per cercare di comprendere almeno l'essenza del concetto di supersimmetria, dobbiamo un attimo ritornare sulle particelle che costituiscono la materia. La meccanica quantistica ci permette di classificare le particelle in 2 categorie fondamentali: bosoni e fermioni. La differenza sostanziale sta nel fatto che i bosoni non sono soggetti al principio di esclusione di Pauli, mentre i fermioni lo sono! Il principio afferma infatti che 2 fermioni identici (come ad esempio gli elettroni) non possono occupare simultaneamente lo stesso stato quantico (in parole povere, la rappresentazione matematica di un sistema fisico).Un'ulteriore differenza tra bosoni e fermioni è data dal tipo di momento angolare di spin che essi possiedono. Lo spin è una particolare grandezza (o se vogliamo essere precisi, un numero quantico) che va appunto (assieme ad altre grandezze) a definire uno stato quantico. Ed è in particolare una forma di momento angolare. Sussiste il cosiddetto teorema spin-statistica, il quale afferma che i bosoni presentano spin intero, mentre i fermioni hanno spin semintero. Per esempio i fotoni, che sono bosoni di gauge ovvero sono bosoni elementari mediatori delle forze fondamentali della natura, sono descritte da teorie di gauge in cui le forze si esercitano mediante lo scambio di particelle che potrebbero anche essere stringhe che sono bosoni che presentano spin pari a 1, mentre gli elettroni (che sono fermioni) hanno spin uguale ad 1/2. Detto ciò, la supersimmetria (abbreviata SUSY) è quella teoria che individua una certa simmetria per cui ad ogni fermione e ad ogni bosone vanno a corrispondere rispettivamente un bosone e un fermione di egual massa, comporta che all'elettrone (fermione di spin 1/2), corrisponde il selettrone (bosone di spin 0), al quark (fermione di spin 1/2) corrisponde lo squark (bosone di spin 0) e così via. La teoria delle superstringhe rappresenta una cura per il problema dei tachioni e abbassa il numero delle dimensioni da 26 a 10. Produce anche nuovi modi vibrazionali che fanno sì che le stringhe si comportino come elettroni.
La superstringa fluttua non solo nello spazio e nel tempo ma anche in altre modalità più astratte. Questi nuovi tipi di fluttuazioni sono in parte - ma non del tutto - diretti alla soluzione della questione dei tachioni. Rimane ancora un modo vibrazionale con massa negativa quadrata. La chiave di tutto è che se si comincia con modi vibrazionali che rappresentano fotoni, elettroni o altre particelle a nostra scelta, a prescindere da quali collisioni si provochino fra loro, non si potrà mai ottenere un tachione. È un po' come se l'intera teoria fosse in equilibrio sulla lama di un coltello. C'è, però, una particolare simmetria che aiuta a mantenere l'equilibrio: ed ecco che facciamo ritorno alla supersimmetria., laddove intorno alla fine degli anni ottanta ai fisici divenne chiaro che la teoria delle stringhe, per quanto arrivi molto vicino a una descrizione unificante dell'Universo, non riesce però a raggiungere tale obiettivo in pieno.Tra l'altro, si era scoperto che esistevano ben 5 tipologie differenti di teoria delle superstringhe:
1) tipo I;
2) tipo IIA;
3) tipo IIB;
4) eterotica-O;
5) eterotica-E.
Tutte hanno in comune numerose caratteristiche fondamentali, ad esempio: necessitano di 10 dimensioni spaziali, di cui 6 compattificate in uno spazio di Calabi-Yau (spazio a 6 dimensioni che prende la denominazione dai matematici Eugenio Calabi e Shing-Tung Yau) ; i modi di vibrazione determinano le masse e le "cariche di gauge".Ma le differenze tra le suddette teorie esistono e crearono un certo imbarazzo negli studiosi di teoria delle stringhe.
D'altronde un conto è avere un'unica teoria che potrebbe spiegare il meccanismo dell'intero Universo, un altro è averne 5 diverse, un eccesso che finisce per indebolirle tutte quante!
Più recentemente si arrivò a una svolta "Ad un congresso di altissimo livello del 1995 scientifico il fisico statunitense di origini ebraiche Edward Witten (cl.1951) argomentò che, partendo con una stringa di tipo IIA e aumentando la sua costante di accoppiamento da un valore molto minore di 1 fino a un valore molto maggiore di 1, la fisica che è ancora possibile analizzare ha un'approssimazione a basse energie che è la supergravità in 11 dimensioni. Quando Witten annunciò questa scoperta, i presenti restarono stupefatti. Si trattava di uno sviluppo per quasi tutti completamente inaspettato. Witten riuscì a riunire le 5 teorie di superstringa differenti in un'unica teoria madre, chiamata "M - Teoria" la quale invece di supporre l'esistenza di 10 dimensioni, ne prevede11! Qual è il significato della M? Witten non specificò inizialmente cosa intendesse con quella lettera, lasciando il lettore libero di immaginare che si riferisse a "magia", "mistero", oppure (teoria) "madre" o ancora "matrice".
D'altronde un conto è avere un'unica teoria che potrebbe spiegare il meccanismo dell'intero Universo, un altro è averne 5 diverse, un eccesso che finisce per indebolirle tutte quante!
Più recentemente si arrivò a una svolta "Ad un congresso di altissimo livello del 1995 scientifico il fisico statunitense di origini ebraiche Edward Witten (cl.1951) argomentò che, partendo con una stringa di tipo IIA e aumentando la sua costante di accoppiamento da un valore molto minore di 1 fino a un valore molto maggiore di 1, la fisica che è ancora possibile analizzare ha un'approssimazione a basse energie che è la supergravità in 11 dimensioni. Quando Witten annunciò questa scoperta, i presenti restarono stupefatti. Si trattava di uno sviluppo per quasi tutti completamente inaspettato. Witten riuscì a riunire le 5 teorie di superstringa differenti in un'unica teoria madre, chiamata "M - Teoria" la quale invece di supporre l'esistenza di 10 dimensioni, ne prevede11! Qual è il significato della M? Witten non specificò inizialmente cosa intendesse con quella lettera, lasciando il lettore libero di immaginare che si riferisse a "magia", "mistero", oppure (teoria) "madre" o ancora "matrice".