Salvaci tu, supersimmetria!
Come abbiamo già accennato nel blog del giorno 4, l'introduzione della prof all'argomento è stata non solo esaustiva, ma anche particolarmente interessante, e noi stessi abbiamo posto molte domande sulla questione. Probabilmente non stavamo bene.
Scherzi a parte, parliamo di questa introduzione. La prof ha cominciato spiegandoci che era necessaria una nuova teoria per descrivere le leggi che regolano il comportamento delle particelle elementari. Infatti la teoria di campo unisce solamente tre forze delle quattro fondamentali, che sono forza elettromagnetica, interazione forte, debole e la gravità. La teoria di campo non riusciva a unire la gravità alle altre forze, e dunque aveva fallito nell'intento di costruire un'unica teoria unificante.
La teoria delle stringhe è stata sviluppata anche per poter spiegare l'azione della gravità sulle particelle elementari, che hanno solitamente massa piccolissima. Noi sappiamo dalla legge di gravitazione universale di newton che l'attrazione gravitazionale è direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato delle distanze. Solitamente si trascura l'effetto della gravità sulle particelle, proprio per la loro piccola massa, ma, con le energie sempre più alte che riusciamo a imprimere nelle particelle, siamo in grado di farle collidere a distanze molto piccole, tanto da rendere non più trascurabile l'effetto della gravità.
Cosa c'entra con tutto questo la teoria delle stringhe?
La teoria delle stringhe riesce ad unire per la prima volta nella storia della fisica tutte e quattro le forze fondamentali. Entriamo nello specifico (non troppo, tranquilli).
Il modello standard e la teoria dei campi trattano le particelle come oggetti puntiformi, mentre la teoria delle stringhe tratta delle stringhe appunto. Strano vero?
Queste stringhe, come corde vibranti di un mandolino, vibrano con varie frequenze. Ogni modo di vibrazione di una stringa corrisponde ad una particella. Ma le possibilità di vibrazione non sono infinite?
Sì, ma qui c'è da spiegare una cosa piccolina piccolina giuro. Facciamo in fretta.
Se a ogni stato di vibrazione corrisponde una particella e gli stati di vibrazione sono infiniti allora è infinito il numero di particelle. In questa infinità ci sono particelle senza massa (come il fotone) e particelle con una massa estremamente elevata (questo sarebbe il motivo per cui non le abbiamo ancora viste). La massa di queste ultime è data dall'inverso del quadrato della lunghezza della stringa.
Ad una di queste configurazioni di vibrazione corrisponderebbe il gravitone, la particella portatrice della gravità (come il fotone per l'elettromagnetismo). In questo modo spiegherebbe quindi tutti i fenomeni a noi conosciuti, e sembra poter dare delle riposte molto interessanti sulla fisica particellare. Passiamo quindi all'intervista!
Scherzi a parte, parliamo di questa introduzione. La prof ha cominciato spiegandoci che era necessaria una nuova teoria per descrivere le leggi che regolano il comportamento delle particelle elementari. Infatti la teoria di campo unisce solamente tre forze delle quattro fondamentali, che sono forza elettromagnetica, interazione forte, debole e la gravità. La teoria di campo non riusciva a unire la gravità alle altre forze, e dunque aveva fallito nell'intento di costruire un'unica teoria unificante.
La teoria delle stringhe è stata sviluppata anche per poter spiegare l'azione della gravità sulle particelle elementari, che hanno solitamente massa piccolissima. Noi sappiamo dalla legge di gravitazione universale di newton che l'attrazione gravitazionale è direttamente proporzionale al prodotto delle masse e inversamente proporzionale al quadrato delle distanze. Solitamente si trascura l'effetto della gravità sulle particelle, proprio per la loro piccola massa, ma, con le energie sempre più alte che riusciamo a imprimere nelle particelle, siamo in grado di farle collidere a distanze molto piccole, tanto da rendere non più trascurabile l'effetto della gravità.
Cosa c'entra con tutto questo la teoria delle stringhe?
La teoria delle stringhe riesce ad unire per la prima volta nella storia della fisica tutte e quattro le forze fondamentali. Entriamo nello specifico (non troppo, tranquilli).
Il modello standard e la teoria dei campi trattano le particelle come oggetti puntiformi, mentre la teoria delle stringhe tratta delle stringhe appunto. Strano vero?
Queste stringhe, come corde vibranti di un mandolino, vibrano con varie frequenze. Ogni modo di vibrazione di una stringa corrisponde ad una particella. Ma le possibilità di vibrazione non sono infinite?
Sì, ma qui c'è da spiegare una cosa piccolina piccolina giuro. Facciamo in fretta.
Se a ogni stato di vibrazione corrisponde una particella e gli stati di vibrazione sono infiniti allora è infinito il numero di particelle. In questa infinità ci sono particelle senza massa (come il fotone) e particelle con una massa estremamente elevata (questo sarebbe il motivo per cui non le abbiamo ancora viste). La massa di queste ultime è data dall'inverso del quadrato della lunghezza della stringa.
Ad una di queste configurazioni di vibrazione corrisponderebbe il gravitone, la particella portatrice della gravità (come il fotone per l'elettromagnetismo). In questo modo spiegherebbe quindi tutti i fenomeni a noi conosciuti, e sembra poter dare delle riposte molto interessanti sulla fisica particellare. Passiamo quindi all'intervista!
L'intervista
- Cosa fa durante la giornata un teorico delle stringhe?
Il lavoro di ricerca vero e proprio poi sta nel portare avanti un progetto di ricerca, con o senza collaboratori, che porti un'innovazione (anche se piccola), nel campo studiato. Capita di fare calcoli e calcoli per mesi sullo stesso lavoro, e questo occupa molte ore della giornata.
- Qual è il percorso da compiere per diventare teorico delle stringhe? Quali competenze sono necessarie?
Il primo è quello della laurea triennale in cui si apprendono le basi generali della fisica. Al termine di questa fase, non avendo ancora le competenze per fare un lavoro innovativo di fisica teorica, la tesina consiste in un lavoro di approfondimento di argomenti già studiati durante il corso di laurea.
Con il passaggio successivo la creatività del fisico inizia ad emergere. Durante la laurea magistrale si inizia ad approfondire un particolare campo della fisica teorica e si acquistano le competenze per fare una tesi su un lavoro originale.
Nello specifico si parte da un lavoro teorico già svolto e si prova a generalizzarlo. Difficilmente questa tesi si può paragonare ad un articolo pubblicabile, ma introduce nel mondo della ricerca scientifica.
L’importanza di questa fase sta quindi nella scelta del dottorato oppure (per astrofisica) nella scelta di laurearsi in fisica dello spazio.
Col dottorato ed il post-dottorato s’iniziano a svolgere lavori originali e l’autonomia diventa nettamente superiore.
Da un punto di vista delle competenze è necessaria la capacità di attingere dal lavoro degli altri fisici spunti utili per proseguire il proprio lavoro. Questo vale soprattutto nell'ambito delle stringhe, dove il lavoro è molto teorico e c'è tanta matematica.
Altre abilità utili in questo campo sono la determinazione, la capacità di non farsi scoraggiare dalle difficoltà del lavoro e la capacità di riconoscere velocemente l’eventuale fallimento della via di ricerca intrapresa. E poi la passione, chiaro.
- Come reputa il predominio dell’inglese nell'ambito scientifico?
Anzi, sarebbe necessario usare ancora di più l’inglese. Un esempio è ciò che è emerso da un incontro tra il dipartimento di fisica ed alcune aziende interessate agli studenti del dipartimento.
Nel corso dell’incontro si è rilevato che in molti casi i laureati non siamo in grado di sostenere conferenze call in inglese.
Per provare a fare un passo in questa direzione la professoressa d ‘accordo con i suoi studenti ha provato a fare lezioni in inglese, l’impatto sugli studenti è stato tanto positivo da far sì che chiedessero di sostenere anche l’esame in inglese.
Questo è anche abbastanza logico considerando che tutti i libri di testo dei corsi avanzati sono in inglese e spesso non esistono neanche i termini scientifici nella varie lingue nazionali.
Un altro effetto utile dei corsi in inglese è Quello di attirare studenti degli altri paesi, fatto che potrebbe generare un sano ricambio di fisici , di idee e competenze nell'ambiente universitario italiano.
- Pensa mai a cosa farebbe se si confutasse la teoria delle stringhe? Ci sarebbero teorie alternative?
I motivi sono essenzialmente due: eleganza e semplicità matematica della teoria da un lato ed il fatto che dalla teoria emergano naturalmente tutte le particelle che conosciamo ed anche la particella che dovrebbe mediare la forza di gravità (il gravitone appunto).
Nonostante ciò ammette di non aspettarsi nell'immediato conferme o smentite della teoria. Ci ha anche parlato di una delle possibili alternative, la loop quantum gravity o LQG. Questa teoria è essenzialmente un tentativo di unificare relatività generale e meccanica quantistica senza però comprendere le altre forze, al contrario della teoria delle stringhe. Questa teoria ha molto meno seguito nella comunità dei fisici ed è secondo la Penati meno promettente. Il motivo è fondamentalmente uno : la LQG è una teoria molto più fenomenologica, cerca di spiegare i fenomeni in modo molto meno quantitativo della teoria delle stringhe, cioè secondo l’opinione della Penati è una teoria che può essere adatta eventualmente a fare previsioni sugli esperimenti senza però riuscire a fare un’interpretazione teorica complessiva. Ciò proprio perché autolimita la sua capacità descrittiva a scala che secondo essa non possono venire superate.
Ciò non toglie che qualora la teoria delle stringhe venisse confutata da qualche esperimento, la abbandonerebbe si butterebbe sui nuovi sviluppi della gravità.