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Napoli, 10/03/08 S. Penati 1
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