E8, la teoria 'geometrica' dell'Universo


Il sistema geometrico E8, dove ciascun simbolo corrisponde al campo associato alle particelle elementari. Credit: A. Garrett Lisi

di Corrado Ruscica

E' possibile che le particelle elementari e le forze della natura, ai livelli più fondamentali, siano la manifestazione di una particolare forma di geometria? Nel 1687, Newton gettò le basi della Fisica “moderna” quando egli dimostrò che le più svariate leggi fisiche, dalla meccanica celeste, alle maree, al moto del pendolo, potevano essere descritti mediante una unica legge universale: la gravitazione. Da allora, l'unificazione delle leggi della fisica ha avuto un ruolo centrale per lo studio dei fenomeni naturali. Ad esempio, verso la metà del XIX secolo, Maxwell trovò che elettricità ed magnetismo erano due aspetti diversi di un unico fenomeno fisico: l'elettromagnetismo. Circa un secolo dopo, l'elettromagnetismo venne unificato con la forza nucleare debole, responsabile della radioattività, in quella che i fisici hanno chiamato forza elettrodebole.

L'entusiasmante ricerca verso l'unificazione delle leggi della fisica è guidata principalmente da ragioni pratiche, filosofiche e, forse, anche dalla “ricerca del bello”. Molti esperimenti della fisica del XXI secolo, come quelli che sono realizzati presso LHC, mirano alla scoperta di nuovi fenomeni che sono in parte previsti dalla teoria unificata elettrodebole. Il vantaggio di avere una teoria unificata è che essa fornisce un quadro estetico molto soddisfacente su come funziona l'Universo. Di fatto, molti fisici sono convinti che ai livelli più fondamentali tutti i fenomeni fisici siano descritti all'interno di un insieme di leggi che compongono una struttura matematica. Oggi, la miglior teoria che ci permette di descrivere tre delle forze fondamentali è nota come Modello Standard, introdotta negli anni '70, che però ha un tallone d'Achille: essa non comprende la gravità. Dal punto di vista matematico, la teoria descrive queste tre forze e le particelle elementari in termini della dinamica di una serie di oggetti geometrici, ed eleganti, che sono chiamati gruppi di Lie e fiber bundles. Si tratta cioè di un modello matematico dove ogni oggetto geometrico governa una determinata forza. C'è da dire, però, che nel corso degli anni, i fisici teorici hanno proposto varie teorie di grande unificazione, o GUT, in cui ogni singolo oggetto geometrico potrebbe descrivere tutte queste forze, anche se nessuno sa, finora, quale di queste teorie sia quella più vicina alla realtà.

In più c'è un altro problema che affascina gli scienziati: in una teoria completamente unificata, la gravità e la materia si dovrebbero combinare in maniera naturale con le altre forze, essendo tutte parti di una unica struttura matematica, in una unica descrizione: la teoria del tutto. Ciò ha portato i teorici a formulare la cosiddetta teoria delle stringhe, sin già a partire dagli anni '80, al fine di descrivere all'interno di un singolo quadro teorico la gravità con le altre tre forze fondamentali, elaborando forme geometriche chiamate 'stringhe' e 'membrane' che vibrano in uno spazio multidimensionale. Ma la teoria delle stringhe non è solo l'unico modello che è stato preso in considerazione. Un altro modello alternativo, chiamato loop quantum gravity, si basa su una struttura matematica meno complicata, un pò simile a quella del modello standard. Basandosi su quest'ultimo modello, il fisico teorico Antony Garrett Lisi http://garrettlisi.com/ ha proposto, nel 2007, una nuova teoria unificata. L'idea è quella di estendere le teorie di grande unificazione e includere in esse la gravità come una componente consistente del modello geometrico. In questo modello unificato, chiamato teoria E8, tutte le forze della natura e la materia sono descritte in termini della “rotazione” di un singolo oggetto geometrico (vedasi Elementary Particle Explorer http://deferentialgeometry.org/epe/). Bisogna dire che sebbene molti fisici sono scettici nell'accettare questo modello, dato che la teoria rimane incompleta, essa ci svela alcuni profondi segreti delle leggi della natura e ci permette di fare delle previsioni sulla eventuale scoperta di nuove particelle che potrebbero essere rivelate anche da LHC.

Articolo scientifico http://arxiv.org/PS_cache/arxiv/pdf/0711/0711.0770v1.pdf

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Fonte: http://astronomicamentis.blogosfere.it/2011/02/e8-la-teoria-geometrica-delluniverso.html

E8, la teoria 'geometrica' dell'Universo ultima modifica: 2011-02-15T11:51:07+00:00 da Richard
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Richard

Noi siamo l'incarnazione locale di un Cosmo cresciuto fino all'autocoscienza. Abbiamo incominciato a comprendere la nostra origine: siamo materia stellare che medita sulle stelle. (Carl Sagan)