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Verso una teoria del tutto: La teoria delle stringhe

S. PenatiUniversità di Milano Bicocca ed INFN

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Fisica e ordini di grandezza

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Teorie diverse a scale diverse

Relativitàgenerale

Fisicaclassica

Meccanicaquantistica

Teoria deicampi

10 m26

10 m0

10 m-10

10 m-15

10 m-35

?

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La teoria del tutto

Universo, relativita` generale, Geometria dello spazio-tempo

Particelle/onde

Stringhe?

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I mattoni della materia (fermioni)

confinati in mesoni (qq)barioni (qqq)

liberi

Caricaelettrica

+2/3

-1/3

0

-1

Interazioni

F,E,D

D

E,D

protone = uud neutrone = udd

Perché 3 ?

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Le 4 interazioni fondamentali

attive su tutte le distanzeattive su d < 10–15 m

1 10-2

10-510-39

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Particelle forza (bosoni)

Forze sono dovute alloscambio di particelle

Legame tra spin e statistica

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Teorie quantistiche per le interazioni

MODELLO STANDARD =

Teoria elettrodebole + QCD

Interazioni e.m. e debole Interazione forte

DESCRIZIONE UNIFICATA DELLE 3 FORZE

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Diagrammi di Feynman

Creazione e distruzione di particelle virtuali

+ + + ……..

Probabilità che avvenga il processo diventaInfinita !!!!

Infiniti riassorbiti in una ridefinizione di pochiparametri della teoria (masse, costantid’accoppiamento ….)

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Unificazione?

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Problemi della teoria dei campi

Il modello standard dipende da parametri non determinati teoricamente (masse, costantid’accoppiamento ecc…)

Qual’ è l’origine dello spettro di particelleche osserviamo ?Perchè osserviamo 4 forze fondamentali ? Perchè intensità così diverse ?

PerchPerchèè la la gravitgravitàà appareappare solo a 10 solo a 10 GevGev ??

Il diagramma di unificazione è credibile ?

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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 infinititroppo cattivicattivi

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Perchè la stringa ?

ParticellaPuntiforme

Oggetto esteso

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La teoria delle stringhe

STRINGHE APERTE

STRINGHE CHIUSE

A distanze ~ 10 cm dovremmo osservare chegli oggetti elementari sono

-33

Tensione

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Interazioni di stringhe

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Stringhe e particelle

Le particelle sono associate ai vari modi normalidi vibrazione delle stringhe

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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 unFOGLIO che si muove in uno spazio-tempo supersimmetrico a

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La teoria delle stringhe II

La teoria contiene altri oggetti estesi: D-brane

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D-brane

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Le potenzialita` della stringa

Nel limite a basse energie contiene il correttospettro di particelle

Fornisce una descrizione consistente per la gravita` quantistica

Prevede la supersimmetria

Prevede l’esistenza di dimensioni extra

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T-dualità

S-dualità

piccole distanze e grandi distanzediventano concetti interscambiabili

regime di accoppiamento forte eregime di accoppiamento debolediventano interscambiabili

g 1/g

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Un caso speciale di S-dualità

La corrispondenza AdS/CFT

TEORIA DI CAMPO TEORIA DI STRINGAIN 4D SENZA == IN 5D GRAVITÀg >> 1 g << 1

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I punti deboli della stringa

Perchè la stringa è periodicamente criticata?

1. È lontana dall’avere riscontri sperimentali2. Non si conosce ancora un meccanismo che

porti ad un limite univoco a basse energie. Landascape ?

3. Dimensioni extra: compattificazione o universiparalleli ?

4. La supersimmetria non e`ancora stata vista

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Relatività

La relatività speciale

È la teoria che descrive consistentemente la presenza della velocità della luce come velocitàlimiteAssegna uno spazio-tempo quadridimensionaleper la descrizione dei fenomeni naturali

Equivalenza massa/energia E = mc2

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Le 5 teorie di stringa

DIVERSE TEORIE DI SUPERSTRINGHE