Nel 1968 il fisico italiano Gabriele Veneziano pubblicava il primo articolo che dava il via a una delle più complesse teorie della fisica, che a distanza di 50 anni continua a mettere alla prova gli scienziati
Il fisico italiano Gabriele Veneziano, "padre" della teoria delle stringhe, durante una lezione universitaria.
Muoveva i suoi primi passi mezzo secolo fa una delle più complesse e affascinanti teorie della fisica moderna, una sorta di Sacro Graal della ricerca scientifica che tanti ricercatori hanno contribuito a indagare e a migliorare, ma senza essere ancora riusciti a scrivere una parola definitiva sul suo funzionamento, finendo piuttosto per sollevare molte più domande che risposte. Stiamo parlando della teoria delle stringhe a cui accennò per la prima volta nel 1968 Il fisico italiano Gabriele Veneziano e che conciliando meccanica quantistica e relatività generale prometteva di consentire l'elaborazione della "teoria del tutto".
E sarà proprio Veneziano a ricordare oggi pomeriggio, con una conferenza aperta al pubblico, l'importanza di quella intuizione e dei progressi fatti in una manifestazione organizzata dal Galileo Galilei Institute (GGI) di Firenze in collaborazione con l'Istituto Nazionale di Fisica Nucleare (INFN), l'Università di Firenze e il contributo del CERN di Ginevra e del Centro Internazionale di Fisica Teorica ICTP di Trieste. Manifestazione che apre una serie di eventi che proseguiranno fino al 15 maggio per celebrare il cinquantenario della teoria delle stringhe.
Nel 1968 Veneziano pubblicò un articolo scritto con un intento completamente differente da quello poi riservatogli dalla storia. Egli associò una nota funzione matematica di Eulero, alla probabilità che, in un processo d'urto, due particelle (adroni) venissero diffusi ad angoli diversi, ottenendo una formula che funzionava abbastanza bene. Nel 1970 Leonard Susskind si rese conto che la formula di Veneziano gli ricordava qualcosa. Come disse lui stesso, essa "descriveva esattamente la collisione di due elastici".
A partire da quel momento, la teoria delle stringhe (poi diventata delle superstringhe) ha coinvolto un grande e crescente numero di fisici e matematici.
In effetti, vi erano tutte le premesse e le promesse perché si trattasse di una storia a lieto fine. Le premesse erano rappresentate dalle regole semplici ed eleganti alla sua base, la promessa era la possibilità che essa potesse condurre ad una teoria unica che spiegasse i principali fenomeni della natura. È facilmente comprensibile che una prospettiva del genere avrebbe attratto schiere di fisici e matematici, e così è stato per 50 anni. Ma, nonostante la convergenza di energie, non si riesce ancora ad intravedere la famosa teoria unitaria che tutti inseguono, né vi sono evidenze sperimentali dell'esistenza delle stringhe.
Alla base della teoria vi è l'ipotesi che tutte le particelle siano in realtà delle piccole stringhe che vibrano e sottostanno a sempici regole, che riassumiamo brevemente.
1. Esistono due tipi di stringhe: quelle aperte e quelle chiuse, che possono vibrare con infinite frequenze crescenti.
2. Le stringhe sono fondamentali, nel senso che rappresentano la struttura elementare non scomponibile ulteriormente.
3. Esse sono unidimesionali perché, per individuare un punto su una stringa, è necessario solo un numero (ad esempio la distanza da qualche altro punto della stringa).
4. Ogni modo di vibrazione individua una particella differente. Le vibrazioni con frequenza più elevata sono quelle con maggiore energia e, dalla nota formula di Einstein che lega energia e massa, esse rappresentano le particelle con massa più grande.
5. Le stringhe sono molto piccole (questa è la ragione principale per cui risulta così difficile effettuare verifiche sperimentali); la lunghezza di una stringa (nota come lunghezza di Planck) è 10 milioni di miliardi di miliardi di volte più piccola di un atomo.
6. Esse possono compiere alcune operazioni elementari:
• possono muoversi liberamente nello spazio;
• una stringa può dividersi in due; due stringhe possono fondersi e formarne una sola;
• una stringa chiusa può aprirsi e una aperta può chiudersi per formarne una chiusa.
I meccanismi di fusione/scissione, assieme a quelli di spostamento sono alla base di tutti i fenomeni di interazione tra le particelle.
Nonostante questa semplicità iniziale, la storia è andata a finire in maniera differente e la promettente teoria è diventata un insieme di teorie prive di verifiche dirette o indirette e, dal punto di vista matematico, sempre più astratte e difficili. Inoltre il numero di problemi creato nei successivi aggiustamenti risulta senz'altro superiore a quello delle questioni risolte.
Inizialmente saltò fuori che viviamo in un universo dotato di 26 dimensioni spazio-temporali! Successivamente il numero è stato ridotto a 10 e poi aumentato a 11, il che rappresenta pur sempre una piccola folla. Poi venne alla luce l'esistenza di una particella (tachione) dotata di una velocità superiore a quella della luce; per eliminare i tachioni e introdurre i fermioni, fu necessario ipotizzare la supersimmetria della natura, e, come regalo, questa portò l'esistenza di moltissime particelle mai osservate. Nel frattempo cresceva il numero di particelle dotate di massa nulla.
Inoltre il numero di tipi diversi di stringhe cresceva (furono introdotte quelle denominate di tipo II-B, quelle di tipo I, la stringa eterotica), arrivando, nel giro di pochi anni a cinque tipi differenti.
Ma la maledizione con cui sembra essersi scontrata la teoria delle stringhe è stato il fatto che la soluzione di un problema ne ha sempre aperto molti altri. Così la soluzione del problema delle troppe dimensioni, ha aperto quello dell'elevato numero di spazi esistenti. Si scoprì infatti che ve ne erano decine di migliaia e ciascuno dava luogo a un mondo diverso con leggi fisiche e forze differenti. Alcuni assomigliavano al nostro mondo, ma la maggior parte erano diversi e non vi erano strumenti per individuare quale fosse quello giusto.
Witten ha poi tentato di dimostrare che le diverse famiglie di superstringhe sono in realtà cinque soluzioni diverse di una superteoria, misteriosamente denominata Teoria M, che dal 1995 nessuno è riuscito ad individuare.
Sono nati nuovi soggetti nel mondo delle stringhe (come, ad esempio le d-brane), e vi sono state tante altre innovazioni. Resta il fatto che, quella che molti avevano indicato come la teoria unica, ha raggiunto un grado di complessità così elevato, che molti fisici e matematici hanno cominciato a disperare della possibilità di trovare una via di uscita.
Il fisico Lee Smolin nel 2007 ha affermato che le teorie delle stringhe note erano "tutte incompatibili con i fatti osservati del nostro mondo... È difficile evitare la conclusione che, per quanto ben motivata, la teoria delle stringhe non sia riuscita a realizzare le speranze che molti avevano venti anni fa".
http://www.nationalgeographic.it/scienza/2018/05/11/news/genio_e_promesse_mancate_mezzo_secolo_di_teoria_delle_stringhe-3978433/
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