Verso la gravità quantistica

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1 Verso la gravità quantistica Alberto Za aroni Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

2 I trionfi della Fisica del XX secolo Spiegano gli strani comportamenti della materia in regimi lontani dalla vita di ogni giorno I Relatività Ristretta (1905) I Relatività Generale (1915) I Meccanica Quantistica ( 1925) grandi velocità grandi masse piccole distanze Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

3 La relativit`a ristretta Ad alta velocit`a gli orologi rallentano e le distanze si accorciano I esiste una velocit`a massima, quella della luce c I massa ed energia possono trasformarsi una nell altra E = mc 2 Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravit` a quantistica Novembre /1

4 La relativit`a generale Massa e energia curvano lo spazio-tempo Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) I esistono black holes I l universo si espande Verso la gravit` a quantistica Novembre /1

5 La meccanica quantistica Le leggi della fisica non sono deterministiche nel mondo microscopico I dualismo onde-particelle I quanti d energia E = h Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

6 I trionfi della Fisica del XX secolo Come si combinano i regimi? alcuni naturalmente I Relatività Ristretta (1905) grandi velocità I Relatività Generale (1915) I Meccanica Quantistica ( 1925) grandi masse piccole distanze Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

7 I trionfi della Fisica del XX secolo Come si combinano i regimi? altri con grandi sorprese I Relatività Ristretta (1905) I Relatività Generale (1915) grandi velocità grandi masse I Meccanica Quantistica ( 1925) piccole distanze Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

8 I trionfi della Fisica del XX secolo Infatti un altro trionfo della fisica del XX secolo (e inizio XXI) si ottiene spiegando cosa succede combinando infinitamente piccolo e estremamente veloce. I Teoria Quantistica dei Campi - Dirac predice ( 1930): I antimateria I le particelle si possono creare e distruggere Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

9 I trionfi della Fisica del XX secolo Infatti un altro trionfo della fisica del XX secolo (e inizio XXI) si ottiene spiegando cosa succede combinando infinitamente piccolo e estremamente veloce. I Teoria Quantistica dei Campi - Dirac predice ( 1930): antimateria creazione di coppie i fotoni mediano le interazioni Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

10 I trionfi della Fisica del XX secolo I Modello Standard (1970). Predice: I bosoni Z e W (1983) I top quark (1995) I il bosone di Higgs (2012) Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

11 La gravità quantistica Il regime che manca è il di cile problema della Gravità Quantistica I Relatività Ristretta (1905) I Relatività Generale (1915) I Meccanica Quantistica ( 1925) grandi velocità grandi masse? piccole distanze? Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

12 La gravit`a quantistica Il regno dell infinitamente piccolo e molto pesante I di usione ad alte energie I quel che accade dentro un black holes I i primi istanti dell universo. Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravit` a quantistica Novembre / 1

13 Giocando con le unità di misura Misurare tutto con la stessa unità di misura (ad esempio l energia) si può. I tempo = ~ energia I distanza =c tempo I unità naturali c = ~ =1 Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

14 Giocando con le unità di misura Misurare tutto con la stessa unità di misura (ad esempio l energia) si può. I tempo = ~ energia I distanza =c tempo I massa protone m p 1GeV I la mia massa GeV I unità naturali c = ~ =1 I energia LHC GeV usando l ev e i suoi multipli: kev, MeV, GeV,... 1eV kg 1eV s Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

15 Giocando con le unità di misura Confrontando la forza elettrostatica e gravitazionale tra due elettroni e e e e r F electric = q 2 1 r 2 q numero puro r F grav = G N m 2 e r 2 G N = l 2 P =1/M2 P Planck mass M P GeV Planck length l P cm Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

16 E etti quantistici della gravità La fisica quantistica predice la probabilità del risultato di un esperimento Probabilità = ampiezza 2 di usione eletromagnetica. ampiezza q 2 = Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

17 E etti quantistici della gravità La fisica quantistica predice la probabilità del risultato di un esperimento Probabilità = ampiezza 2 di usione eletromagnetica. ampiezza q 2 = Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

18 E etti quantistici della gravità La fisica quantistica predice la probabilità del risultato di un esperimento Probabilità = ampiezza 2 di usione gravitazionale. ampiezza G N E 2 piccola per energie comuni maggiore di uno per E GeV Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

19 E etti quantistici della gravità La fisica quantistica predice la probabilità del risultato di un esperimento Probabilità = ampiezza 2 di usione gravitazionale. ampiezza G N E 2 piccola per energie comuni maggiore di uno per E GeV Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

20 E etti quantistici della gravità Si parla in questo senso di contraddizione tra relatività generale e meccanica quantistica. Quando l avremo risolta: I una nuova fisica I che laboratorio abbiamo per studiarla? Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

21 Di usione ad alta energia Piccolo e molto energetico di usione ad alte energie Produzione di buchi neri microscopici. A LHC? GeV 10 4 GeV Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

22 Di usione ad alta energia Piccolo e molto energetico di usione ad alte energie Produzione di buchi neri microscopici. A LHC? Teorie alternative (extra-dimensions,...)li prevedono. Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

23 Di usione ad alta energia Piccolo e molto energetico di usione ad alte energie Produzione di buchi neri microscopici. A LHC? Teorie alternative (extra-dimensions,...)li prevedono. Qualche sprovveduto pensa che siano pericolosi Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

24 Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravit` a quantistica Novembre / 1

25 Buchi Neri Piccolo e molto massivo Il destino di oggetti molto massivi Una grande massa in poco spazio Grande curvatura Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

26 Buchi Neri Un favoloso laboratorio di idee, dove le contraddizioni tra RG e MQ sono più evidenti Radiazione di Hawking (1970) i buchi neri emettono radiazione ibuchinerievaporano Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

27 Buchi Neri Un favoloso laboratorio di idee, dove le contraddizioni tra RG e MQ sono più evidenti: Radiazione di tipo termico i buchi neri hanno un entropia? hanno una struttura atomica? leggi dei buchi neri = leggi della termodinamica Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

28 Buchi Neri Un favoloso laboratorio di idee, dove le contraddizioni tra RG e MQ sono più evidenti Paradosso dell informazione ibuchinerievaporano perdita dell informazione di ciò che cade dentro contrario alle leggi della Meccanica Quantistica (unitarietà) Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

29 Il Big Bang Piccolo e molto massivo: l inizio dell universo All indietro nel tempo Una grande massa in poco spazio Altissime energie Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

30 Il Big Bang Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

31 La radiazione di fondo I una fotografia dell universo anni dopo il Big Bang I piccole fluttuazioni quantistiche primordiali I possiamo spingere l orologio ancora più indietro? Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

32 Verso la gravità quantistica E cosa scopriremo in questi regimi? Le teorie più accreditate I Lo spazio-tempo è granulare? [Loop Quantum Gravity] I Gli oggetti fondamentali sono piccole corde? [Teoria delle Stringhe] Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1

33 Verso la gravità quantistica In ogni caso Qualcosa di totalmente nuovo Alberto Za aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravità quantistica Novembre / 1