Un addetto alla manutenzione ispeziona il tunnel Large Hadron Collider (LHC) nel centro di ricerca CERN (Organizzazione europea per la ricerca nucleare) il 19 novembre. 2013, a Ginevra, Svizzera. Foto di Vladimir Simicek/isifa/Getty Images Quando il Large Hadron Collider è stato acceso per la prima volta nel 2008, c'erano apparentemente infinite possibilità – e idee – per quello che avrebbe potuto trovare. Forse avrebbe individuato l'elusivo bosone di Higgs, che aiuterebbe gli scienziati a confermare come altre particelle guadagnano massa. Forse scoprirebbe una serie di nuove particelle che darebbero ai fisici non solo la conferma della supersimmetria, ma anche una miniera di nuove scienze da studiare. Forse avrebbe creato un nuovo universo in cui era OK mangiare Cheetos per cena e i protoni sembravano Froot Loops.
Alcune di queste possibilità erano più probabili di altre. E alcuni di loro (ehm) erano, infatti, non proprio nell'ambito dell'LHC. Mentre gli oppositori prevedevano che i mini Big Bang di LHC avrebbero creato buchi neri che avrebbero distrutto il mondo e mangiato l'universo come tanti Cheetos per cena, la verità è che non c'erano molte teorie che LHC potesse provare o smentire.
E in termini di tale ambito:No, l'LHC non dimostrerà la teoria delle stringhe, ma potrebbe fornire prove a sostegno di idee fondamentali per la teoria delle stringhe.
Pensaci in questo modo:sto camminando e vedo un tunnel. Penso che quel tunnel potrebbe avere una sorta di torrente che lo attraversa, quindi lancio una palla e vedo cosa succede quando esce dall'altra parte. Se la palla esce fradicia, Potrei dire che supporta totalmente la mia teoria che il tunnel contenesse un ruscello. Ma qualcun altro potrebbe dire che supporta la teoria che ci sia un irrigatore nel tunnel. Un altro ancora potrebbe dire che in effetti sta piovendo nel tunnel, e una palla bagnata è la cosa giusta per dimostrarlo.
L'unica cosa che possiamo dire con certezza è che la palla bagnata supporta tutte quelle teorie, e forse esclude la teoria che il tunnel sia asciutto. All'LHC, fisici con idee molto disparate stanno cercando affermazioni "la palla è bagnata" per supportare - o confutare - teorie su come funzionano le particelle (e l'universo). Una di queste teorie è la teoria delle stringhe.
La teoria delle stringhe afferma fondamentalmente che le particelle sono composte da energie che assomigliano a stringhe vibranti. Le vibrazioni distintive delle corde creano tutte le diverse particelle e forze. Così, fondamentalmente, tutta la materia e le forze nell'universo sono fatte di queste corde vibranti [fonte:Greene]. Ma ecco un fatto divertente:la teoria delle stringhe non diventa davvero una teoria unificante – una che può spiegare le origini di ogni forza e particella nell'universo – a meno che non si scopra che anche l'universo ha più di tre dimensioni. Quale, sai, è difficile convincere molti fisici a stringere la mano.
E per una buona ragione. Questo non essendo Hogwarts, non possiamo materializzarci in un'altra dimensione per verificare se è davvero lì. Possiamo solo guardarci intorno e vedere tre dimensioni osservabili di fronte a noi. Ma potresti essere in grado di convincerti a crederci se pensi che le dimensioni siano realmente, davvero piccoli... forse sono troppo piccoli per essere visti.
Ciò crea un problema:se le dimensioni necessarie sono troppo piccole per essere visibili, come diavolo possiamo aspettarci di osservare - o anche di verificare un'ipotesi sulla -teoria delle stringhe?
È qui che entra in gioco LHC. Ci sono alcune idee in giro per testare alcune delle caratteristiche della teoria delle stringhe. Uno è piuttosto semplice:il modello più semplice della teoria delle stringhe prevede l'esistenza di particelle superpartner. Fondamentalmente, questi sono partner molto più pesanti dei quark e dei leptoni del Modello Standard che i fisici hanno già osservato, e unirebbero forza e materia. I fisici si aspettavano di trovare superpartner della stessa massa dell'Higgs, ma non l'hanno ancora fatto. Così, LHC sta facendo del suo meglio per cercare di trovare quelle particelle superpartner, sia nelle loro ultime collisioni protoniche, e in futuri esperimenti a energie ancora più elevate. La "palla bagnata" in questo caso - particelle superpartner - sosterrebbe anche la teoria delle supersimmetrie, a cui è connesso, ma separato da, teoria delle stringhe.
LHC può anche lanciarsi nella caccia a quelle dimensioni ultra-minuscole che dovrebbero esistere affinché la teoria delle stringhe funzioni come una teoria unificata. Se queste dimensioni esistono, ci nuoteremmo praticamente dentro. LHC può sbattere insieme i protoni per produrre nuove particelle, proprio come sta facendo. Sommando l'energia delle particelle formate nelle collisioni e sottraendola dall'energia delle particelle pre-collisione, possiamo dire se parte dell'energia è MIA. Se è, potremmo quindi essere in grado di dire, "Hey, non sappiamo dove sia andata a finire quell'energia, ma forse è in un'altra dimensione".
Questa volta, la palla bagnata è la differenza di energia prima e dopo l'urto. Ancora, questo non sarebbe "dimostrare" la teoria delle stringhe o addirittura dimensioni extra. Ma sarebbe una scoperta scientifica che supporta alcune delle cose necessarie affinché la teoria delle stringhe funzioni.
Quello che non possiamo prevedere è se la teoria delle stringhe maturerà in un'ipotesi scientifica che possiamo testare o osservare. Proprio adesso, uno dei motivi per cui è così controverso è che molti fisici non pensano che sia possibile testare, e, cosa più importante, non pensano che sia possibile dimostrare il falso. Alcuni nella comunità dei fisici si sentono a proprio agio nel dire che la teoria delle stringhe non è falsificabile [fonte:Nature Physics]. (Ciò significa che devi essere in grado di confutare l'ipotesi, non solo confermarlo.)
Così, mentre possiamo essere ragionevolmente certi che no, LHC non dimostrerà che la teoria delle stringhe è vera usando le collisioni protoniche, i fisici potrebbero trovare qualche prova che non lo dimostri sbagliato.
Ascolta, Sono terrorizzato quanto il prossimo a dire che la teoria delle stringhe è buona o cattiva. I fisici ne vanno matti, su entrambi i lati della medaglia. Per saperne di più sulla teoria delle stringhe o sulle controversie che la circondano, controlla le fonti per ulteriori letture.
