Supergravità e unificazione delle leggi della Fisica

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La storia delle teorie fisiche fa pensare ad un graduale sviluppo verso l’unificazione: “La teoria della grand’Unificazione delle Forze“ è il nome con cui si indicano collettivamente gli svariati tentativi di inquadrare in un unico sistema le quattro forze fondamentali della natura: le interazioni nucleare forte e debole, la forza elettromagnetica e la forza di gravità.

La prima grande sintesi si deve a Newton, che riuscì ad unificare la forza di gravità celeste e quella terrestre: dimostrò infatti che i proiettili sulla Terra e le orbite dei pianeti si potevano spiegare con la stessa semplice Legge; analo-gamente J.C. Maxwell propose una teoria unificata valida per l’elettricità e per il magnetismo: la cosiddetta forza elettromagnetica sinolo della forza magnetica e della forza elettrica.

Nel XX secolo, la teoria di Newton è stata scalzata dalle Relatività Generale di Einstein, mentre la teoria i Maxwell è stata ampliata per creare una teoria quantistica dei campi, detta Elettrodinamica quantistica. All’inizio di questo secolo si scoprirono due nuove forze fondamentali della Natura: l’Interazione debole, responsabile del decadimento b degli elementi radioattivi, la Forza forte che tiene legati insieme protoni e neutroni nei nuclei atomici (tali forze non sono state scoperte prima d’allora perché agiscono solo nel breve intervallo delle distanze subatomiche).

Nonostante le disparate proprietà delle quattro forze viene spontaneo cercare una teoria più profonda in cui esse trovino una comune origine, a questo proposito Einstein dedicò i suoi ultimi anni di vita alla ricerca di una teoria di campo unificata di gravitazione ed elettromagnetismo; nonostante il suo “fallimento“ la ricerca è stata continuata con gran successo dai fisici delle particelle elementari.

Negli anni Sessanta e Settanta la forza elettromagnetica e nucleare debole furono inquadrate con successo nella Teoria elettrodebole da Stephen Weinberg, Sheldon Glasgow ed Abdus Salam dell’università di Harvard. Per valori relativamente bassi di energia cui quotidianamente siamo a contatto le caratteristiche di queste forze sono così differenti che è giustificato considerare distinte tali forze poiché le loro manifestazioni sono profondamente differenti.

Ma a energie immensamente grandi (difficili da raggiungere nei moderni acceleratori ma ipotizzabili nell’istante del Big Bang) si nota che i due aspetti sono chiaramente dovuti ad un’unica forza. Questa teoria è inoltre avvalorata dagli incoraggianti risultati sperimentali ottenuti al C.E.R.N. di Ginevra.

A livelli energetici ancora più elevati si può ipotizzare un’ulteriore unificazione: l’Interazione nucleare forte con la Forza elettrodebole, descritta e sostenuta dalla cosiddetta G.U.T. (Grand Unification Theory).

Questa sintesi però non comprende la forza che da più lungo tempo conosciamo: la Gravità; l’ultima unificazione, in cui entra in gioco anche la forza gravitazionale, prende il nome di Supergravità, teoria oggetto di recenti studi da parte di affermati fisici quali S. Hawking.

Nodo centrale della ricerca è la dimostrazione di come anche la forza di gravità sia solo un aspetto della forza universale di cui abbiamo trattato in precedenza.

A livelli energetici molto alti le quattro forze fondamentali si dovrebbero fondere in una sola, questa, secondo recenti teorie, doveva essere la condizione dei primi attimi del nostro Universo: dal momento del Big Bang a 10-43 s dopo di esso sussistevano le condizioni tali da permettere la presenza della Supergravità infatti l’intera massa dell’Universo appena creato era confinata in un raggio pari a 10-50 cm con conseguenti livelli di densità e di energia inimmaginabili tali, secondo i fisici, da permettere l’unificazione di tutte e quattro le forze.

Dopo 10-43 s il raggio dell’Universo si ampliò fino a 10-45 cm quindi il livello energetico e la densità diminuirono quel tanto da permettere la separazione della Forza di gravità dalle altre tre iniziando così l’epoca della grande unificazione che si ebbe tra 10-43 s e 10-35 s, dando inizio all’epoca dell’Inflazione.

Dopo 10-35 s anche queste ultime tre si separarono.

 

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