verso la gravita` quantistica -...

Verso la gravita quantistica

Alberto Za↵aroni

Alberto Za↵aroni (Milano-Bicocca) Verso la gravita quantistica Novembre 2015 2 / 1

I trionfi della Fisica del XX secolo

Spiegano gli strani comportamenti della materia in regimi lontani dalla vitadi ogni giorno

I Relativita Ristretta (1905)

I Relativita Generale (1915)

I Meccanica Quantistica (⇠ 1925)

grandi velocita

grandi masse

piccole distanze


La relativita ristretta

Ad alta velocita gli orologi rallentano e le distanze si accorciano

I esiste una velocita massima,quella della luce c

I massa ed energia possonotrasformarsi una nell’altra

E = mc2


La relativita generale

Massa e energia curvano lo spazio-tempo

I esistono black holes

I l’universo si espande


La meccanica quantistica

Le leggi della fisica non sono deterministiche nel mondo microscopico

I dualismo onde-particelle

I quanti d’energia

E = h⌫



Come si combinano i regimi? alcuni naturalmente




grandi velocita

grandi masse

piccole distanze



Come si combinano i regimi? altri con grandi sorprese




grandi velocita

grandi masse

piccole distanze



Infatti un altro trionfo della fisica del XX secolo (e inizio XXI) si ottienespiegando cosa succede combinando infinitamente piccolo e estremamenteveloce.

I Teoria Quantistica dei Campi - Dirac predice (⇠ 1930):

I antimateria

I le particelle si possono creare e distruggere

antimateria

creazione di coppie

i fotoni medianole interazioni



I Modello Standard (1970).Predice:

I bosoni Z e W (1983)

I top quark (1995)

I il bosone di Higgs (2012)


La gravita quantistica

Il regime che manca e il di�cile problema della Gravita Quantistica




grandi velocita

grandi masse ?

piccole distanze ?


La gravita quantistica

Il regno dell’infinitamente piccolo e molto pesante

I di↵usione ad alte energie

I quel che accade dentro unblack holes

I i primi istanti dell’universo

.


Giocando con le unita di misura

Misurare tutto con la stessa unita di misura (ad esempio l’energia) si puo.

I tempo = ~energia

I distanza =c⇥ tempo

I unita naturali c = ~ = 1

I massa protone mp ⇠ 1 GeV

I la mia massa 1029 GeV

I energia LHC ⇠ 10000 GeV

usando l’eV e i suoi multipli: keV, MeV, GeV, . . .

1eV ⇠ 10�36

kg 1eV�1 ⇠ 6⇥ 10�16s


Giocando con le unita di misura

Confrontando la forza elettrostatica e gravitazionale tra due elettroni

e� e� e�e�

r r

F electric = q21

r2F grav = GN

m2

e

r2

q2 ⇠ 1

137

numero puro

GN = l2P = 1/M2

P

PlanckmassMP ⇠ 1019 GeV

Planck length lP ⇠ 10�33 cm


E↵etti quantistici della gravita

La fisica quantistica predice la probabilita del risultato di un esperimento

Probabilita = | ampiezza |2

di↵usioneeletromagnetica

.

ampiezza ⇠ q2 = 1

137





di↵usioneeletromagnetica

.

ampiezza ⇠ q2 = 1

137





di↵usionegravitazionale

. ampiezza ⇠ GNE 2

piccola per energie comuni

maggiore di uno per E � 1019 GeV





di↵usionegravitazionale

.ampiezza ⇠ GNE 2

piccola per energie comuni

maggiore di uno per E � 1019 GeV



Si parla in questo senso di contraddizione tra relativita generale e meccanicaquantistica.

Quando l’avremo risolta:

I una nuova fisica

I che laboratorio abbiamo per studiarla?


Di↵usione ad alta energia

Piccolo e molto energetico

di↵usione ad alte energie

Produzione di buchi neri microscopici. A LHC?

1019GeV � 104GeV


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,. . .) liprevedono.

Qualche sprovvedutopensa che siano pericolosi


Buchi Neri

Piccolo e molto massivo

Il destino di oggetti moltomassivi

Una grande massa in pocospazio

Grande curvatura


Buchi Neri

Un favoloso laboratorio di idee, dove le contraddizioni tra RG e MQ sono piuevidenti

Radiazione di Hawking (1970)

i buchi neri emettono radiazione

i buchi neri evaporano


Buchi Neri

Un favoloso laboratorio di idee, dove le contraddizioni tra RG e MQ sono piuevidenti:

Radiazione di tipo termico

i buchi neri hanno un’entropia?

hanno una struttura atomica?

leggi dei buchi neri = leggi della termodinamica


Buchi Neri

Un favoloso laboratorio di idee, dove le contraddizioni tra RG e MQ sono piuevidenti

Paradosso dell’informazione

i buchi neri evaporano

perdita dell’informazione di cioche cade dentro

contrario alle leggi della Meccanica Quantistica (unitarieta)


Il Big Bang

Piccolo e molto massivo: l’inizio dell’universo

All’indietro nel tempo

Una grande massa inpoco spazio

Altissime energie


Il Big Bang


La radiazione di fondo

I una fotografia dell’universo 400000 anni dopo il Big Bang

I piccole fluttuazioni quantistiche primordiali

I possiamo spingere l’orologio ancora piu indietro?



E cosa scopriremo in questi regimi? Le teorie piu accreditate

I Lo spazio-tempo e granulare? [Loop Quantum Gravity]

I Gli oggetti fondamentali sono piccole corde? [Teoria delle Stringhe]



In ogni caso

Qualcosa di totalmente nuovo


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