vedi i lucidi
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INSEGUENDO IL SOGNO DI EINSTEIN Gianguido Dall’Agata
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Tutto comincia con Albert Einstein...
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UNIFICAZIONE
Gravitazione
ElettroMagnetismo
1915: Relatività Generale
1905: Relatività SpecialeEffetto Fotoelettrico (Nobel)
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• 1905: Spazio e tempo sono legati indissolubilmente
• La forza di gravità è una manifestazione della curvatura dello spaziotempo
•
La Relatività Generale
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• 1905: Spazio e tempo sono legati indissolubilmente
• La forza di gravità è una manifestazione della curvatura dello spaziotempo
• 1915: Tutto “cade” seguendo linee rette!
La Relatività Generale
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La Relatività Generale
Molte nuove idee...
Buchi Neri
Espansione dell’Universo
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La Relatività Generale
E’ verificata sperimentalmente con enorme precisione!
Deflessione dei raggi di luce dal sole
Precessione del perielio di Mercurio
Sistema Binario 1913+16
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Il campo elettromagnetico lo capiamo perchè è forte
ElettroMagnetismo
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Il campo elettromagnetico lo capiamo perchè è forte
E’ la prima forza che abbiamo quantizzato (ElettroDinamica Quantistica = QED)
E’ verificata con enorme precisione!
ElettroMagnetismo
gteoria = 2, 0023193043(07)gexp = 2, 0023193043(63)
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Einstein voleva unificare la nostra comprensione del mondo “infinitamente” piccolo con quella dell’
“infinitamente” grande
A grandi scale
Relatività Generale
A piccole scale
Teorie di campoquantistiche
L’Unificazione
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L’Unificazione
Quantitativamente:
Grandezze fondamentali G, c, h
Scala Minima
Scala Cosmica (Hubble)
TP =LP
c! 10!43sLP =
!Gh
c3! 10!33 cm
LH ! 1028 cm TH ! 1018 s
LH
LP=
TH
TP! 1061
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L’Unificazione
Idea per unificare e
T. Kaluza (1921) e O. Klein (1926)
Dimensioni Extra
Moto in 1D
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L’Unificazione
Idea per unificare e
T. Kaluza (1921) e O. Klein (1926)
Dimensioni Extra
Moto in 2D
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L’Unificazione (Kaluza-Klein)
Il campo EM in 3+1 dimensioni ha 2 polarizzazioni:
x
y
z
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L’Unificazione (Kaluza-Klein)
Il campo EM in 4+1 dimensioni ha 3 polarizzazioni
x
y
z
w
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L’Unificazione (Kaluza-Klein)
Il campo EM in 4+1 dimensioni ha 3 polarizzazioni
La nuova polarizzazione è però legata alla dimensione compatta
In 3+1 dimensioni vedo ancora il campo elettromagnetico + una nuova forza, legata alla polarizzazione extra
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L’Unificazione (Kaluza-Klein)
L’idea di Kaluza e Klein è di avere solo gravità in 5 dimensioni
La gravità ha molte polarizzazioni in più in 5 dimensioni
In 4(=3+1) dimensioni vedo Gravità + Elettromagnetismo
BRILLANTE! MA...
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Relatività Generale
Teorie di Campo
Quantistiche
Ancora più dimensioni?
Quantizzare G?
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L’Unificazione
Non è solo un problema concettuale ma anche fisico: Cosmologia
Lontano passato Universo molto caldo e denso
Universo caldo Energie molto alte (c)
Universo denso Grandi Curvature (G)
Grandi Curvature Effetti quantistici (h)
Lontano nello spazio ~ Indietro nel tempo
LH TP
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Se le cose non funzionano, cambiamo le regole del gioco!!!
(ma non troppo)
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Idea: tutte le particelle elementari non sono punti, ma stringhe!
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La Teoria Delle Stringhe
La Teoria delle Stringhe è una teoria quantistica e relativistica di oggetti unidimensionali
Le stringhe classiche possono avere una lunghezza arbitraria. Le stringhe quantistiche hanno una lunghezza minima (ottimale)
La massa è legata alla vibrazione
Le oscillazioni sono quantizzate
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Stringhe Aperte
Stringhe Chiuse
J=1: Fotone
J=2: Gravitone
La Teoria Delle Stringhe
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SUPERSTRINGTHEORY
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La Teoria Delle Stringhe
MA: La teoria delle stringhe richiede 10 dimensioni!
FIX: compattificazioni (Kaluza-Klein)
Così la fisica in 4D dipende dalla geometria interna(polarizzazioni nello spazio compatto)
Oggi siamo alla ricerca della configurazione Base(Il Vuoto della teoria)
The string theory landscape
! Landscape is huge.
! But: still highly constrained (! “swampland”). Plausibly onlyfinite number compatible with rough observational constraints.
! In principle we could hope to one day classify all vacua andfind unique one matching precision data, enabling us topredict everything we want to know.
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La Teoria Delle Stringhe
MA: Ci sono almeno 5 diverse teorie di stringa!
Sono tutti aspetti diversi di una unica TEORIA M
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La Teoria Delle Stringhe
E’ una teoria estremamente ricca con innumerevoli applicazioni
La teoria delle stringhe non contiene
solo stringhe
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La Teoria Delle Stringhe
E’ una teoria estremamente ricca con innumerevoli applicazioni
Un grande successo: la fisica dei buchi neri
Buchi neri per dummies: membrane permeabili solo in una direzione
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La Teoria Delle Stringhe e i Buchi Neri
Il processo di Penrose: i buchi neri rotanti come macchine termodinamiche
Ergosphere
Horizon Area, A
Mass, M
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La Teoria Delle Stringhe e i Buchi Neri
![Page 31: vedi i lucidi](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081507/5871fb411a28abdd418b59e9/html5/thumbnails/31.jpg)
Ergosphere
Horizon Area, A
Mass, M
Efinal
Einitial
La Teoria Delle Stringhe e i Buchi Neri
Posso associare quantità termodinamiche al buco nero:
Temperatura ~ T
Entropia ~ S
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La Teoria Delle Stringhe e i Buchi Neri
Bekenstein e Hawking mostrano che
SBH =A
4L2P
! kB log Nstati
ma in GR ho un unico stato, cioè S ~ 0Nel centro della nostra galassia c’è un buco nero di raggio 5,9•106 Km, e quindi S ~4,2•1089
La teoria delle stringhe mi permette di descrivere i buchi neri e contarne gli stati: Nel limite semiclassico si trova esattamente SBH !
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Una Teoria in Cerca di un Esperimento
La teoria delle stringhe predice la supersimmetria(extra dimensioni quantistiche)
Nuove particelle...
... da scoprire al Large Hadron Collider
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Una Teoria in Cerca di un Esperimento
Negli acceleratori possiamo scoprire le
dimensioni extra
Misuro una perdita di energia!!
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Una Teoria in Cerca di un Esperimento
Cosmologia:
CMB
Stringhe cosmiche
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In Conclusione...
Il sogno di Einstein è realizzato dalla teorie
delle stringhe, ma in un modo inimmaginabile 50
anni fa
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E’ ancora una teoria
In Conclusione...
Mach (1900): “Gli atomi sono entità non verificabili fisicamente”
Oggi li possiamo manipolare uno per uno
![Page 39: vedi i lucidi](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081507/5871fb411a28abdd418b59e9/html5/thumbnails/39.jpg)
Edward Witten:
In Conclusione...
“La teoria delle stringhe è un pezzo di Fisica del XXI secolo che ci è
caduto sulla testa nel XX secolo”
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Siamo nel XXI secolo: è il momento di completare
questo sogno!
![Page 41: vedi i lucidi](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081507/5871fb411a28abdd418b59e9/html5/thumbnails/41.jpg)
![Page 42: vedi i lucidi](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081507/5871fb411a28abdd418b59e9/html5/thumbnails/42.jpg)
![Page 43: vedi i lucidi](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081507/5871fb411a28abdd418b59e9/html5/thumbnails/43.jpg)
![Page 44: vedi i lucidi](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081507/5871fb411a28abdd418b59e9/html5/thumbnails/44.jpg)
![Page 45: vedi i lucidi](https://reader035.vdocuments.site/reader035/viewer/2022081507/5871fb411a28abdd418b59e9/html5/thumbnails/45.jpg)