Verso una teoria del tutto: La teoria delle stringhe

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1 Verso una teoria del tutto: La teoria delle stringhe S. Penati Università di Milano Bicocca ed INFN Napoli, 10/03/08 S. Penati 1

2 Fisica e ordini di grandezza Napoli, 10/03/08 S. Penati 2

3 Teorie diverse a scale diverse Relatività generale m Fisica classica 0 10 m Meccanica quantistica m Teoria dei campi m? m Napoli, 10/03/08 S. Penati 3

4 La teoria del tutto Particelle/onde Universo, relativita` generale, Geometria dello spazio-tempo Stringhe? Napoli, 10/03/08 S. Penati 4

5 I mattoni della materia (fermioni) Carica elettrica Interazioni +2/3-1/3 0-1 F,E,D D E,D confinati in mesoni (qq) barioni (qqq) liberi Perché 3? protone = uud neutrone = udd Napoli, 10/03/08 S. Penati 5

6 Le 4 interazioni fondamentali attive su d < m attive su tutte le distanze Napoli, 10/03/08 S. Penati 6

7 Particelle forza (bosoni) Forze sono dovute allo scambio di particelle Legame tra spin e statistica Napoli, 10/03/08 S. Penati 7

8 Teorie quantistiche per le interazioni MODELLO STANDARD = Teoria elettrodebole + QCD Interazioni e.m. e debole Interazione forte DESCRIZIONE UNIFICATA DELLE 3 FORZE Napoli, 10/03/08 S. Penati 8

9 Diagrammi di Feynman Creazione e distruzione di particelle virtuali Probabilità che avvenga il processo diventa Infinita!!!! Infiniti riassorbiti in una ridefinizione di pochi parametri della teoria (masse, costanti d accoppiamento.) Napoli, 10/03/08 S. Penati 9

10 Unificazione? Napoli, 10/03/08 S. Penati 10

11 Problemi della teoria dei campi Il modello standard dipende da parametri non determinati teoricamente (masse, costanti d accoppiamento ecc ) Qual è l origine dello spettro di particelle che osserviamo? Perchè osserviamo 4 forze fondamentali? Perchè intensità così diverse? 19 Perchè la gravità appare solo a 10 Gev? Il diagramma di unificazione è credibile? Napoli, 10/03/08 S. Penati 11

12 Problemi della teoria dei campi II Come inseriamo la gravità nel modello standard? La teoria dei campi non è consistente per descrivere la gravità perchè genera infiniti troppo cattivi Napoli, 10/03/08 S. Penati 12

13 Perchè la stringa? Particella Puntiforme Oggetto esteso Napoli, 10/03/08 S. Penati 13

14 La teoria delle stringhe -33 A distanze ~ 10 cm dovremmo osservare che gli oggetti elementari sono STRINGHE APERTE STRINGHE CHIUSE Tensione Napoli, 10/03/08 S. Penati 14

15 Interazioni di stringhe Napoli, 10/03/08 S. Penati 15

16 Stringhe e particelle Le particelle sono associate ai vari modi normali di vibrazione delle stringhe Napoli, 10/03/08 S. Penati 16

17 Le dimensioni della stringa La teoria di stringa che contiene la MATERIA (fermioni) e i BOSONI VETTORI è la È un oggetto esteso la cui evoluzione genera un FOGLIO che si muove in uno spazio-tempo supersimmetrico a Napoli, 10/03/08 S. Penati 17

18 La teoria delle stringhe II La teoria contiene altri oggetti estesi: D-brane Napoli, 10/03/08 S. Penati 18

19 D-brane Napoli, 10/03/08 S. Penati 19

20 Le potenzialita` della stringa Nel limite a basse energie contiene il corretto spettro di particelle Fornisce una descrizione consistente per la gravita` quantistica Prevede la supersimmetria Prevede l esistenza di dimensioni extra Napoli, 10/03/08 S. Penati 20

21 T-dualità piccole distanze e grandi distanze diventano concetti interscambiabili S-dualità regime di accoppiamento forte e regime di accoppiamento debole diventano interscambiabili g 1/g Napoli, 10/03/08 S. Penati 21

22 Un caso speciale di S-dualità La corrispondenza AdS/CFT TEORIA DI CAMPO TEORIA DI STRINGA IN 4D SENZA == IN 5D GRAVITÀ g >> 1 g << 1 Napoli, 10/03/08 S. Penati 22

23 I punti deboli della stringa Perchè la stringa è periodicamente criticata? 1. È lontana dall avere riscontri sperimentali 2. Non si conosce ancora un meccanismo che porti ad un limite univoco a basse energie. Landascape? 3. Dimensioni extra: compattificazione o universi paralleli? 4. La supersimmetria non e`ancora stata vista Napoli, 10/03/08 S. Penati 23

24 Relatività La relatività speciale È la teoria che descrive consistentemente la presenza della velocità della luce come velocità limite Assegna uno spazio-tempo quadridimensionale per la descrizione dei fenomeni naturali Equivalenza massa/energia E = mc 2 Napoli, 10/03/08 S. Penati 24

25 Le 5 teorie di stringa DIVERSE TEORIE DI SUPERSTRINGHE Napoli, 10/03/08 S. Penati 25