Teoria delle stringhe ed energia oscura: sono incompatibili?

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Il mondo della fisica è in fermento, potremmo essere vicini a una rivoluzione nella Teoria delle stringhe, tutto è iniziato lo scorso giugno con la pubblicazione di un lavoro da parte di teorici delle stringhe da Harvard e Caltech secondo il quale Teoria delle stringhe ed energia oscura sarebbero incompatibili.
Ad infiammare il dibattito ora arriva il lavoro di Timm Wrase dell’Università per la Tecnologia di Vienna coadiuvato da colleghi della Columbia University di New York e dell’Università di Heidelberg che ha realizzato che accettare in toto quanto scritto nella ricerca uscita a giugno sembrerebbe incompatibile con l’esistenza della particella di Higgs (o campo di Higgs, in meccanica quantistica gli scienziati preferiscono parlare di campi). La nuova ricerca è stata pubblicata su Physical Review.
Ora non vi spaventate per Higgs, nessun contrordine, la particella di Higgs viene considerata una certezza provata sperimentalmente, se qualche teoria va in contrasto con la sua esistenza sarà la teoria ad essere da rivedere.
Se vi state chiedendo ma questo di che parla? Ecco un piccolo glossario.



La Teoria delle stringhe rappresenta il tentativo più accreditato nel trovare il Sacro Graal della fisica, coniugare la gravità (ben descritta dalla Relatività Generale di Einstein) con la meccanica quantistica per arrivare infine alla famosa Teoria del tutto, cioè una teoria che descriva tutto quello che osserviamo nel mondo fisico dal livello subatomico a quello cosmologico. In realtà bisognerebbe parlare di teorie delle stringhe visto che ce ne sono varie versioni, anche perché la teoria è ben lungi dall’essere completa. Il nome deriva dal fatto che in questa teoria si Ipotizza che i componenti base dell’universo siano non puntiformi ma delle stringhe a una dimensione, qual è il vantaggio teorico? Che a differenza di un punto una stringa può oscillare e lo fa in vari modi (un esempio molto usato per spiegare il concetto è la corda di uno strumento che a seconda di come vibra dà una nota diversa) le stringhe oscillando in maniera diversa darebbero origine alle diverse particelle che osserviamo.
L’energia oscura è un concetto che in un certo senso è figlio di Albert Einstein, il grande scienziato tedesco introdusse nelle sue equazioni la famigerata costante cosmologica perché era necessaria a rendere compatibile con le osservazioni la sua convinzione “filosofica” che l’universo dovesse essere statico. Quando Edwin Hubble dimostrò senza ombra di dubbio che l’universo è in espansione Einstein la definì la più grossa cantonata della sua vita e venne abbandonata. In seguito abbiamo scoperto che l’espansione dell’universo non solo sta rallentando è addirittura in accelerazione, qualcosa di cui quello che sappiamo dell’universo non dà giustificazione, quindi si ipotizzò che debba esserci in azione una forza sconosciuta che è stata chiamata energia oscura.
Per anni abbiamo pensato che l’energia oscura potesse accomodarsi benissimo nella teoria delle stringhe proprio per via del concetto dei campi che potrebbero avere energia localmente al valore minimo ma più grande di zero.


Che vuol dire? Lo spiega Wrase con un esempio, immaginate una mela o magari una palla sul fondo di una scodella, localmente è al suo stato minimo di energia potenziale, ma se mettiamo la scodella in cima a una colonna o sul terreno in realtà l’energia potenziale non è la stessa, anche se la palla in equilibrio sul fondo della scodella localmente parlando è al suo stato di minima energia. Tornando al discorso dei campi nella Teoria delle stringhe quella differenza di energia potenziale (tra colonna e terreno e cioè tra campo locale e altri campi) potrebbe essere la fonte dell’energia oscura. Il lavoro pubblicato a giugno e firmato da Cumrun Vafa di Harward uno dei maggiori esperti mondiali di Teoria delle stringhe sostiene però che questo tipo di campi (le scodelle) non siano possibili nella Teoria delle stringhe.
Ora Wrafe e colleghi però ribattono (dimostrandolo scientificamente ovviamente) che l’ipotesi sostitutiva avanzata da Vafa e colleghi  (che tra l’altro implicherebbe un rallentamento dell’espansione e successivo collasso dell’universo) contrasta apertamente con cose che sappiamo essere vere tra cui appunto il campo di Higgs.

Roberto Todini

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