La simmetria è stata uno dei principi guida nella ricerca dei fisici delle leggi fondamentali della natura. Cosa significa che le leggi della natura hanno simmetria? Significa che le leggi sembrano le stesse prima e dopo un'operazione, simile a uno specchio riflesso, lo stesso ma a destra ora è lasciato nel riflesso.

I fisici hanno cercato leggi che spiegassero sia il mondo microscopico delle particelle elementari che il mondo macroscopico dell'universo e il Big Bang al suo inizio, aspettandosi che tali leggi fondamentali abbiano simmetria in tutte le circostanze. Però, l'anno scorso, due fisici hanno trovato una prova teorica che, al livello più fondamentale, la natura non rispetta la simmetria.

Come hanno fatto? Gravità e ologramma

Ci sono quattro forze fondamentali nel mondo fisico:l'elettromagnetismo, forza forte, forza debole, e gravità. La gravità è l'unica forza ancora inspiegabile a livello quantistico. I suoi effetti su grandi oggetti, come pianeti o stelle, sono relativamente facili da vedere, ma le cose si complicano quando si cerca di capire la gravità nel piccolo mondo delle particelle elementari.

Per cercare di capire la gravità a livello quantistico, Hirosi Ooguri, il direttore del Kavli Institute for the Physics and Mathematics of the Universe di Tokyo, e Daniel Harlow, un assistente professore al Massachusetts Institute of Technology, iniziato con il principio olografico. Questo principio spiega i fenomeni tridimensionali influenzati dalla gravità su uno spazio piatto bidimensionale che non è influenzato dalla gravità. Questa non è una rappresentazione reale del nostro universo, ma è abbastanza vicino da aiutare i ricercatori a studiarne gli aspetti fondamentali.

La coppia ha poi mostrato come i codici di correzione degli errori quantistici, che spiegano come i fenomeni gravitazionali tridimensionali emergano da due dimensioni, come ologrammi, non sono compatibili con alcuna simmetria; il che significa che tale simmetria non può essere possibile nella gravità quantistica.

Hanno pubblicato la loro conclusione nel 2019, ottenendo elogi da parte degli editori di riviste e una significativa attenzione da parte dei media. Ma come è nata un'idea del genere?

È iniziato ben più di quattro anni fa, quando Ooguri si imbatté in un articolo sull'olografia e la sua relazione con i codici di correzione degli errori quantistici di Harlow, che era allora un post doc all'Università di Harvard. Subito dopo, i due si incontrarono all'Institute for Advanced Study di Princeton quando Ooguri era lì per un anno sabbatico e Harlow venne a tenere un seminario.

"Sono andato al suo seminario preparato con domande, " Dice Ooguri. "Abbiamo discusso molto dopo, e poi abbiamo iniziato a pensare che forse questa idea che aveva può essere usata per spiegare una delle proprietà fondamentali della gravità quantistica, sulla mancanza di simmetria."

Da tali conversazioni nascono spesso nuove collaborazioni e idee di ricerca, dice Ooguri, che è anche professore al California Institute of Technology negli Stati Uniti. Ooguri viaggia almeno una volta ogni quindici giorni per tenere conferenze, partecipare a conferenze, workshop e altri eventi. Mentre alcuni potrebbero chiedersi se tutto ciò che viaggiare toglie dal concentrarsi sulla ricerca, Ooguri crede esattamente il contrario.

"Il progresso scientifico è fortuito, " dice. "Spesso accade in un modo che non ti aspetti. Questo tipo di sviluppo è ancora molto difficile da ottenere tramite lo scambio remoto.

"Sì, oggi è più facile con e-mail e videoconferenze, " lui continua, "ma quando scrivi una e-mail devi avere qualcosa di cui scrivere. Quando qualcuno è nello stesso edificio, Posso attraversare il corridoio e fare domande stupide".

Queste stupide domande sono la chiave per progredire nelle scienze fondamentali. A differenza di altri campi, come la scienza applicata in cui i ricercatori lavorano per un obiettivo specifico, la prima domanda o idea che viene in mente a un fisico teorico di solito non è quella giusta, dice Ooguri. Ma, attraverso la discussione, altri ricercatori fanno domande derivate dalla loro curiosità, portando la ricerca in una nuova direzione, atterrando su una domanda molto interessante, che ha una risposta ancora più interessante.