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Il mio lavoro è cercare di capire
come funziona l'universo a livello elementare,
il più elementare possibile.
Quando nella vita di ogni giorno
cerchiamo di capire come funzioni qualcosa,
quello che in realtà facciamo è ricercare
quelle che definisco strutture nascoste.
Prendiamo, ad esempio, qualcosa come il vostro telefonino,
il vostro smart phone;
è un oggetto complesso
e potreste chiedervi come funziona.
Quello che potete fare
è cominciare letteralmente a smontarlo.
Certo, annullerete la garanzia, ma va bene così.
Scoprirete che all'interno
è fatto di minuscole componenti elettroniche.
E quelle componenti elettroniche in realtà si muovono
attorno a un certo tipo di particella che conosciamo
e che si chiama elettrone,
da cui proviene, appunto, il sostantivo "elettronica".
Quindi, conoscendo le regole
per assemblare le componenti,
potreste addirittura creare il vostro smart phone
e anche altri dispositivi elettronici.
Ci sono persone che, come me,
fanno questo tipo di cose per mestiere,
non solo per il telefonino e le sue componenti,
ma anche per altre cose, come una mano
o la sedia sulla quale siamo seduti,
o ancora come il pianeta Terra,
il sole,
le stelle,
l'universo intero.
Quindi, usando diversi tipi di strumenti,
facendo osservazioni
ed esperimenti,
nel corso degli anni siamo stati in grado di fare indagini sempre più approfondite
e oggi sappiamo che la materia di cui siamo fatti
e che vediamo intorno a noi
è composta di minuscole particelle elementari.
Le particelle elementari interagiscono reciprocamente
tramite le forze della natura,
ma, come abbiamo scoperto,
queste stesse forze, in realtà, agiscono
scambiandosi anch'esse particelle elementari.
Si tratta, in effetti, di particelle di forza che vengono scambiate
dalle particelle di materia.
È possibile che quest'anno abbiate sentito parlare
di una grande novità,
un annuncio importante a questo riguardo,
il Grande Collisore di Adroni, l' LHC,
un esperimento enorme, fatto in Europa,
che ha scoperto il bosone di Higgs,
una particella la cui funzione è quella di interagire
con diverse particelle elementari
conferendo loro le masse che osserviamo.
Questo emozionante quadro è analogo
a quello che vi ho mostrato per il telefono cellulare.
Abbiamo, dunque, le componenti
e abbiamo le regole della "teoria delle particelle",
è così che si chiama,
in virtù delle quali le particelle agiscono
e danno origine a tutte le cose.
In realtà, pensiamo di essere appena riusciti
a scalfire la superficie del mondo quantistico,
della struttura nascosta del nostro mondo.
Lasciate che vi faccia tre esempi
degli enigmi sui quali stiamo ancora lavorando.
Io non ho fatto altro che raccogliere le particelle
a seconda dei modelli che tendono a formare,
ma da dove vengano quei modelli, non lo sappiamo.
Sappiamo come descrivere le particelle,
ma non sappiamo da dove derivino i modelli.
Quando nella scienza si individuano dei modelli,
si va alla ricerca di una struttura nascosta,
e questo è un fatto.
Sappiamo inoltre che c'è un'enorme quantità
di materia là fuori,
più grande di tutte le cose di cui si parlava poco fa.
Questa cosa si chiama materia oscura.
Non sappiamo cosa sia,
ma vorremmo poterla prendere
e farci degli esperimenti per capire di cosa si tratta.
L'altra cosa di cui voglio parlare
è il fatto che la forza di gravità,
il tipo di forza che forse conosciamo meglio,
al livello dei quanti,
in realtà non rispetta
le regole della teoria delle particelle.
Quindi, dato che la gravità fa parte della forma
dello spazio e del tempo, come Einstein ci ha insegnato,
definendo la storia quantistica della gravità,
che chiamiamo gravità quantistica,
speriamo di arrivare a gruppi di domande come:
Esistono particelle di spazio e di tempo
e in che modo sono compatibili?
Quali sono le regole?
Questo ci porta
a indagare su come tutto sia cominciato
13,7 miliardi di anni fa,
con il Big ***.
Sappiamo che la materia e l'energia
come noi le conosciamo furono create allora,
ma lo stesso accadde anche per spazio e tempo.
Questo è il genere di cose
che studiamo in questa ricerca.
Inoltre, ci sono cose intorno a noi oggi,
come i buchi neri,
che sono indizi molto importanti.
Si tratta di veri e propri buchi nello spazio
che vorremmo cercare di comprendere.
C'è poi l'energia oscura, scoperta di recente,
che è la tendenza dello spazio
presente in tutto l'universo ad accelerare la propria espansione.
Gli scienziati che lavorano su queste cose,
stanno cercando di capire se sia vero
che non ci sono strutture nascoste
solo per materia ed energia,
ma anche per spazio e tempo
La domanda è quali sono le regole?
E gli approcci sono molteplici.
Uno degli approcci possibili, di cui forse avrete sentito parlare,
è quello della teoria delle stringhe.
Solo uno dei tanti
e ancora non si sa se sia valido o meno,
non abbiamo ancora finito di sviluppare la teoria
ma ci ha dato degli spunti davvero allettanti ed entusiasmanti
dei quali vorrei parlarvi.
Uno di questi consiste semplicemente nell'eliminare
l'idea di ricercare una minuscola particella quantistica
cercando invece un oggetto esteso,
una corda capace di vibrare.
Questo ci fornisce alcune interessanti opportunità
perché, per esempio, vorrebbe dire
che se quella struttura nascosta ci è sfuggita
a causa di un'osservazione non troppo accurata,
non ci saremmo accorti che molti tipi di particelle diverse
non sono altro che diverse vibrazioni della stessa corda.
Una possibilità davvero interessante,
oltre che una enorme semplificazione.
Questa è una delle tante idee.
Un'altra cosa davvero entusiasmante della teoria delle stringhe
è che a una delle particelle descritte
in effetti manca il quanto di gravità
che stiamo cercando di comprendere.
E ancora, le stringhe, di fatto,
invece di muoversi soltanto
nelle tre dimensioni spaziali che conosciamo,
sembrano volersi muovere in dimensioni superiori.
Quindi noi ci chiediamo,
che cosa significherebbe per noi
se ciò avesse qualcosa a che fare col nostro mondo
ma noi non lo sapessimo ancora?
Ecco come apparirebbe il nostro mondo se ciò si verificasse.
Nel mondo come lo conosciamo,
ci sarebbero delle strutture nascoste,
una serie di pezzi invisibili, nascosti nello spazio tempo,
una sorta di dimensioni aggiuntive.
In tal caso, le diverse particelle osservabili nel mondo
non sarebbero alro che vibrazioni di stringhe
e i modelli osservati, per i quali non c'è spiegazione,
deriverebbero dal fatto che le stringhe sono in grado di sondare
e sentire la forma delle dimensioni interne.
Una delle possibili questioni, allora, è:
È possibile provare questa teoria?
Sarebbe bello, ma come potremmo farlo
servendoci di esperimenti reali e di osservazioni
restando nel campo della scienza?
Questa è la cosa difficile.
Noi riteniamo che l'energia necessaria
per investigare un sistema di misura in scala adeguatamente ridotta
per vedere le stringhe, ammesso che esistano,
è più di quanto si possa ottenere nel breve periodo.
Quello che si può fare è ricercare
le conseguenze di queste strutture nascoste,
si può indagare su come queste cose si manifestano in fisica
in modo accessibile a noi.
Per questo motivo stiamo studiando cose come
la materia oscura,
i buchi neri,
l'energia oscura
e stiamo osservando anche i residui dell'universo primordiale,
la radiazione cosmica di fondo che permea l'universo.
E, soprattutto, cerchiamo indizi
provenienti dai vari tipi di esperimenti di fisica delle particelle
come l'LHC.
Un'ultima cosa ancora,
una cosa nuova che sta accadendo.
La teoria delle stringhe potrebbe rivelarsi utile
in altre aree della fisica.
Nuovi tipi di esperimenti,
ad esempio, avviati con il nostro amico elettrone,
dimostrano che, in determinate circostanze,
gli elettroni interagiscono
fornendo tipi di comportamento
assolutamente nuovi e insoliti.
Alcuni modelli dimostrano
che la teoria delle stringhe è in realtà la migliore.
In alcuni casi,
le regole della teoria delle stringhe
consentono infatti di spiegare quei tipi di comportamento.
Questo ci offre un'interessante opportunità,
quella di compiere con gli elettroni
degli esperimenti reali
che possono aiutarci a stabilire le regole
della teoria delle stringhe.
Ora, voi potreste dire:
"Bene! Questo forse ci darà
una scienza elettronica nuova e progredita
con cui mettere a punto nuovi telefoni cellulari."
Ma quelle regole,
in realtà, potrebbero essere le stesse che stiamo ricercando
per vedere se la teoria delle stringhe può aiutarci
con questi grandi interrogativi.
Quindi, concludendo,
un giorno potremmo scoprire che le strutture nascoste dell'universo,
oggetto della nostra ricerca, potrebbero essere proprio sotto al nostro naso.
Grazie.