Nella teoria delle stringhe, piccoli frammenti di stringa sostituiscono le tradizionali particelle subatomiche.
Paul M. Sutter è un astrofisico del SUNY Stony Brook e del Flatiron Institute, ospite di Chiedi a un astronauta e Space Radioe autore di "Il tuo posto nell'universo."Sutter ha contribuito a questo articolo Voci degli esperti di Space.com: Op-Ed & Insights.
La teoria delle stringhe spera di essere una teoria letterale di tutto, un unico quadro unificante che spieghi tutta la varietà e la ricchezza che vediamo nel cosmo e nei nostri collettori di particelle, dal modo in cui la gravità si comporta a qualunque cosa diavolo energia oscura è per questo che gli elettroni hanno la massa che hanno. E mentre è un'idea potenzialmente potente, che se sbloccata rivoluzionerebbe completamente la nostra comprensione del mondo fisico, non è mai stata testata direttamente.
Ci sono stati, tuttavia, modi per esplorare alcune delle basi e le potenziali conseguenze di teoria delle stringhe. E mentre questi test non proverebbero la teoria delle stringhe direttamente in un modo o nell'altro, aiuterebbero a sostenere il suo caso. Esploriamo.
Un problema inquietante
Per prima cosa, dobbiamo esaminare perché la teoria delle stringhe è così difficile da testare. Ci sono due ragioni.
Le stringhe della teoria delle stringhe sono incredibilmente piccole, si pensa che siano da qualche parte intorno alla scala di Planck, larghe 10-34 metri. È molto, molto più piccolo di qualsiasi cosa possiamo sperare di sondare anche con i nostri strumenti più precisi. Le stringhe sono così piccole, infatti, che ci sembrano particelle puntuali, come elettroni, fotoni e neutroni. Semplicemente non possiamo mai fissare direttamente una stringa.
In relazione a quella piccolezza c'è la scala energetica necessaria per sondare i regimi in cui la teoria delle stringhe conta davvero. Ad oggi, abbiamo due diversi approcci per spiegare il quattro forze della natura. Da un lato, abbiamo le tecniche della teoria dei campi quantistici, che forniscono una descrizione microscopica dell'elettromagnetismo e delle due forze nucleari. E dall'altro abbiamo relatività generale, che ci consente di comprendere la gravità come la flessione e la deformazione dello spaziotempo.
Per tutti i casi che possiamo esaminare direttamente, usare l'uno o l'altro va bene. La teoria delle stringhe entra in gioco solo quando proviamo a combinare tutte e quattro le forze con una singola descrizione, che conta davvero solo alle scale di energia più alte - così alte che non potremmo mai, mai costruire una macchina per raggiungere tali altezze.
Ma anche se potessimo escogitare un collettore di particelle per sondare direttamente le energie della gravità quantistica, non potremmo testare la teoria delle stringhe, poiché al momento la teoria delle stringhe non è completa. Non esiste Abbiamo solo approssimazioni che speriamo si avvicinino alla teoria attuale, ma non abbiamo idea di quanto siamo giusti (o sbagliati). Quindi la teoria delle stringhe non ha nemmeno il compito di fare previsioni che potremmo confrontare con esperimenti ipotetici.
Blu cosmici
Anche se non possiamo raggiungere le energie necessarie nei nostri collettori di particelle per dare uno sguardo approfondito al potenziale mondo delle stringhe, 13,8 miliardi di anni fa il nostro intero universo era un calderone di forze fondamentali. Forse potremmo ottenere alcune intuizioni spinose osservando la storia di il big Bang.
Un suggerimento avanzato dai teorici delle stringhe è un altro tipo di stringa teorica: la stringa cosmica. Le stringhe cosmiche sono difetti che spaziano nell'universo nello spaziotempo, rimanenti dai primi momenti del Big Bang, e sono una previsione piuttosto generica della fisica di quelle epoche di l'universo.
Ma stringhe cosmiche potrebbero anche essere stringhe super-duper-allungate dalla teoria delle stringhe, che di solito sono così piccole che "microscopico" è troppo grande di una parola, ma sono state allungate e tirate dall'incessante espansione dell'universo. Quindi se trovassimo una stringa cosmica fluttuante là fuori nel cosmo, potremmo studiarla attentamente e verificare se è davvero qualcosa previsto dalla teoria delle stringhe.
Ad oggi, nessuna stringa cosmica è stata trovata nel nostro universo.
Tuttavia, la ricerca è attiva. Se avessimo trovato una stringa cosmica, non avrebbe necessariamente convalidato la teoria delle stringhe - ci sarebbe stato molto più lavoro da fare, sia teoricamente che osservativamente, per distinguere la previsione della teoria delle stringhe dalla versione crack-in-spacetime.
Non così supersimmetria
Tuttavia, potremmo essere in grado di raccogliere alcuni indizi interessanti, e uno di questi è supersimmetria. La supersimmetria è un'ipotetica simmetria della natura che collega tutti i fermioni (i mattoni della realtà come elettroni e quark) con i bosoni (i portatori delle forze come gluoni e fotoni) in un unico quadro.
Il meccanismo della supersimmetria è stato inizialmente elaborato dai teorici delle stringhe, ma ha preso il fuoco come una strada interessante per tutti i fisici ad alta energia per risolvere potenzialmente alcuni problemi con Modello standard e fare previsioni per la nuova fisica. All'interno della teoria delle stringhe, la supersimmetria consente alle stringhe di descrivere non solo le forze della natura ma anche i mattoni, dando a quella teoria il potere di essere veramente una teoria di tutto.
Quindi, se trovassimo prove di supersimmetria, ciò non proverebbe la teoria delle stringhe, ma sarebbe un importante trampolino di lancio.
Non abbiamo trovato prove per la supersimmetria.
Il Large Hadron Collider (LHC) è stato esplicitamente progettato per esplorare la supersimmetria, o almeno alcune delle versioni più semplici e più facili da raggiungere della supersimmetria, cercando nuove particelle previste dalla teoria. L'LHC si è rivelato completamente vuoto, senza nemmeno un soffio di una nuova particella supersimmetrica, cancellando completamente tutte le idee di supersimmetria più semplici dalla mappa.
E mentre questo risultato negativo non esclude la teoria delle stringhe, non lo rende neanche troppo bello.
Un giorno avremo prove anche di una delle basi o delle previsioni secondarie della teoria delle stringhe? È impossibile dirlo. Molte speranze sono state riposte nella supersimmetria, che finora non è riuscita a mantenere, e rimangono le domande sul fatto che valga la pena costruire collettori ancora più grandi per provare a spingere più forte sulla supersimmetria o se dovremmo semplicemente rinunciare e provare qualcos'altro.
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Scopri di più ascoltando l'episodio "Ne vale la pena String Theory? (Parte 6: Probabilmente dovremmo testarlo)" sul podcast Ask A Spaceman, disponibile su iTunes e sul Web all'indirizzohttp://www.askaspaceman.com. Grazie a John C., Zachary H., @edit_room, Matthew Y., Christopher L., Krizna W., Sayan P., Neha S., Zachary H., Joyce S., Mauricio M., @shrenicshah, Panos T ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. per le domande che hanno portato a questo pezzo! Poni la tua domanda su Twitter usando #AskASpaceman o seguendo Paul @PaulMattSutter e facebook.com/PaulMattSutter.
