L'universo di Lisa Randall

La fisica teorica più famosa del mondo, Lisa Randall, ieri pomeriggio era a Milano, al Planetario Ulrico Hoepli, per una conferenza all'interno della Next Fest organizzata da Wired. La Randall, che si presenta al pubblico del Planetario (non pienissimo, purtroppo) con una conferenza dal titolo Fisica, tecnologia e multidimensionalità, discute essenzialmente del suo lavoro come fisica teorica, di LHC e di ATLAS e della scoperta del bosone di Higgs.

La conferenza inizia con una introduzione sulle scale che ci circondano, da quella macroscopica a quella microscopica e di come sia necessario utilizzare la scala opportuna per approcciarsi a problemi differenti e per realizzare osservazioni differenti. Il modo migliore per capirlo è, per esempio, osservare un oggetto reale specifico utilizzando scale differenti: ad esempio la Torre Eiffel a Parigi:

Il problema delle scale differenti è abbastanza importante nella fisica moderna soprattutto se pensiamo che l'unica forza che manca per ottenere la così detta Grande Unificazione è la gravità, che opera sulla scala cosmica, mentre le altre forze, che hanno trovato una unificazione matematicamente potente ed elegante nel Modello Standard, operano alle scale microscopiche o umane. D'altra parte, nonostante i successi del Modello Standard, non sembra così semplice riuscire ad unificare tutte le forze conosciute all'interno del suo formalismo. Il modello, in effetti, descrive correttamente le interazioni tra le particelle elementari, fornendo predizioni molto precise e trovando il coronamento nella ricerca del bosone di Higgs, che si è ritagliato il giusto spazio anche nella conferenza di Lisa Randall, che si è dilungata nello spiegare il suo compito e la sua importanza all'interno del modello. Ciò che per ancora può esserci oltre il Modello Standard e il bosone di Higgs, però, è proprio quello su cui la fisica statunitense ha lavorato: un universo basato su uno spazio a dimensione superiore alla quarta, che è la dimensione geometrica del nostro universo.
Un modo per unificare le forze, infatti, può essere immaginare che l'universo possegga più delle quattro dimensioni a noi note e quindi la ricerca di queste dimensioni nascoste (o quanto meno a noi nascoste, perché inaccessibili nella vita quotidiana) diventa uno degli obiettivi delle ricerche future. L'idea di avere un universo in generale multidimensionale è utile per spiegare una delle proprietà che rendono difficile l'unificazione della gravità all'interno del Modello Standard: è una forza così leggera che è praticamente trascurabile rispetto alle altre. E', infatti, paragonabile alle altre forze solo se immaginiamo un universo multidimensionale grazie al quale è anche possibile spiegare la sua debolezza relativa: il passaggio dalla scala energetica multidimensionale a quella quadridimensionale, infatti, provocherebbe una caduta esponenziale della costante di accoppiamento gravitazionale (e quindi della sua intensità in relazione con le altre forze).

Tutto questo può sembrare un arzigogolo matematico tipico della teoria delle stringhe, eppure la teoria, che la Randall ha sviluppato insieme con Raman Sundrum, suppone anche l'esistenza di risonanze gravitazionali che dovrebbero essere accessibili proprio all'LHC una volta che questi raggiungerà la piena potenza: queste risonanze, infatti, dovrebbero avere un'energia dell'ordine del TeV. Questa possibilità di verificare, anche se non completamente, le ipotesi teoriche di Randall e Sundrum ha probabilmente resto interessanti, sia dal punto di vista sperimentale, sia da quello teorico⁽¹⁾, le idee della fisica statunitense, vincendo di fatto lo scetticismo che sarebbe potuto derivare dai principi del modello, che si fondano nella teoria delle stringhe.

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Lo slideshow delle diapositive proiettate da Lisa Randall sul tetto del Planetario:

Vi faccio notare come nella mia prima foto ci sia il fotografo di Wired che ha scattato la foto di apertura dell'articolo (un po' minimale) di Denis Rizzoli.

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(1)Un po' di suggerimenti per approfondire: una presentazione del CMS sulla ricerca dei gravitoni di Randall-Sundrum (pdf); una sorta di review sul modello, di Maxime Gabella (pdf; quindi un articolo sulla gravità (pdf) e sulla fenomenologia (pdf) dell'universo multidimensionale di Randall e Sundrum.
Randall L. & Sundrum R. (1999). Large Mass Hierarchy from a Small Extra Dimension, Physical Review Letters, 83 (17) 3370-3373. DOI: 10.1103/PhysRevLett.83.3370 (arXiv)