Una nuova e sorprendente dualità è stata scoperta nella fisica teorica delle particelle. La dualità esiste tra due tipi di processi di scattering che possono verificarsi nelle collisioni di protoni effettuate nel Large Hadron Collider al CERN in Svizzera e Francia. Il fatto che questa connessione possa, sorprendentemente, essere stabilita indica che c'è qualcosa negli intricati dettagli del modello standard della fisica delle particelle che non è completamente compreso. Il modello standard è il modello del mondo su scala subatomica che spiega tutte le particelle e le loro interazioni, quindi quando compaiono sorprese, c'è motivo di attenzione. L'articolo scientifico è ora pubblicato in Physical Review Letters .

Dualità in fisica

Il concetto di dualità si verifica in diverse aree della fisica. La dualità più nota è probabilmente la dualità particella-onda nella meccanica quantistica. Il famoso esperimento della doppia fenditura mostra che la luce si comporta come un'onda, mentre Albert Einstein ha ricevuto il premio Nobel per aver dimostrato che la luce si comporta come una particella.

La cosa strana è che la luce è in realtà entrambi e nessuno dei due allo stesso tempo. Ci sono semplicemente due modi in cui possiamo guardare questa entità, la luce, e ognuno ha una descrizione matematica. Entrambi con un'idea intuitiva completamente diversa, ma descrivono comunque la stessa cosa.

"Quello che abbiamo trovato ora è una dualità simile", spiega Matthias Wilhelm, assistente professore alla Niels Bohr International Academy. "Abbiamo calcolato la previsione per un processo di dispersione e per un altro processo di dispersione.

I nostri calcoli attuali sono meno sperimentalmente tangibili del famoso esperimento della doppia fenditura, ma esiste una chiara mappa matematica tra i due e mostra che entrambi contengono le stesse informazioni. Sono collegati, in qualche modo."

Teoria ed esperimenti vanno di pari passo

Il Large Hadron Collider entra in collisione con molti protoni:in questi protoni ci sono molte particelle più piccole, le particelle subatomiche gluoni e quark.

Nella collisione, due gluoni di diversi protoni possono interagire e vengono create nuove particelle, come la particella di Higgs, risultando in schemi intricati nei rivelatori.

I ricercatori mappano l'aspetto di questi modelli e il lavoro teorico svolto in relazione agli esperimenti mira a descrivere esattamente ciò che accade in termini matematici, al fine di creare una formulazione complessiva, nonché di fare previsioni che possono essere confrontate con i risultati di gli esperimenti.

"Abbiamo calcolato il processo di scattering per due gluoni che interagiscono per produrre quattro gluoni, così come il processo di scattering per due gluoni che interagiscono per produrre un gluone e una particella di Higgs, entrambi in una versione leggermente semplificata del modello standard. Con nostra sorpresa, abbiamo scoperto che i risultati di questi due calcoli sono correlati. Un classico caso di dualità. In qualche modo, la risposta su quanto sia probabile che avvenga un processo di dispersione contiene al suo interno la risposta su quanto è probabile che avvenga l'altro processo di dispersione. La cosa strana di questa dualità è che non sappiamo perché esiste questa relazione tra i due diversi processi di scattering. Stiamo mescolando due proprietà fisiche molto diverse delle due predizioni, e vediamo la relazione, ma è ancora un po' di un mistero in cui sta la connessione", dice Matthias Wilhelm.

Il principio di dualità e la sua applicazione

Secondo l'attuale comprensione, i due non dovrebbero essere collegati, ma con la scoperta di questa sorprendente dualità, l'unico modo corretto per reagire è indagare ulteriormente.

Le sorprese significano sempre che c'è qualcosa che ora sappiamo che non capiamo. Dopo la scoperta della particella di Higgs nel 2012, non sono state scoperte nuove particelle sensazionali. Il modo in cui speriamo di rilevare la nuova fisica ora è fare previsioni molto precise su ciò che ci aspettiamo che accada, quindi confrontarle con misurazioni molto precise su ciò che la natura ci mostra e vedere se possiamo trovare deviazioni lì.

Abbiamo bisogno di molta precisione, sia sperimentalmente che teoricamente. Ma con una maggiore precisione arrivano calcoli più difficili. "Quindi, dove questo potrebbe portare sta lavorando per vedere se questa dualità può essere utilizzata per ricavarne una sorta di" chilometraggio ", perché un calcolo è più semplice dell'altro, ma fornisce comunque la risposta al più complicato calcolo", spiega Matthias Wilhelm.

"Quindi, se possiamo accontentarci di usare il semplice calcolo, possiamo usare la dualità per rispondere alla domanda che altrimenti richiederebbe calcoli più complicati, ma allora abbiamo davvero bisogno di capire la dualità. È importante notare, tuttavia, che non lo siamo ancora lì. Ma di solito, le domande che sorgono da un comportamento inaspettato delle cose sono molto più interessanti di un risultato ordinato e atteso". + Esplora ulteriormente

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