L'LHC può dimostrare la teoria delle stringhe?

Quando il Large Hadron Collider è stato attivato per la prima volta nel 2008, c'erano apparentemente infinite possibilità - e idee - per ciò che poteva trovare. Forse individuerebbe l'elusivo bosone di Higgs , che aiuterebbe gli scienziati a confermare come altre particelle guadagnano massa. Forse scoprirebbe una miriade di nuove particelle che darebbero ai fisici non solo la conferma della supersimmetria, ma anche una manna d'oro di nuova scienza da studiare. Forse avrebbe creato un nuovo universo in cui era ok mangiare Cheetos a cena e i protoni assomigliavano a Froot Loops.

Alcune di queste possibilità erano più probabili di altre. E alcuni di loro (ehm) non erano, in effetti, 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 scopo: No, LHC non dimostrerà la teoria delle stringhe, ma potrebbe fornire prove a sostegno di idee che sono centrali per la teoria delle stringhe.

Pensaci in questo modo: sto camminando e vedo un tunnel. Penso che quel tunnel potrebbe essere attraversato da una specie di ruscello, 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 secondo cui il tunnel conteneva 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 realtà 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 queste teorie e forse esclude la teoria secondo cui il tunnel è asciutto. All'LHC, fisici con idee molto disparate cercano 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 fondamentalmente dice che le particelle sono composte da energie che assomigliano a corde vibranti. Le vibrazioni distintive delle corde creano tutte le diverse particelle e forze. Quindi, 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 la costituzione di ogni forza e particella nell'universo – a meno che non si scopra che anche l'universo ha più di tre dimensioni. Che, sai, è difficile convincere molti fisici a cui stringere la mano.

E per una buona ragione. Non essendo Hogwarts, non possiamo semplicemente 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 riuscire a convincerti a crederci se pensi alle dimensioni come davvero, davvero minuscole ... forse sono semplicemente troppo piccole per vederle.

Ciò crea un problema: se le dimensioni necessarie sono troppo piccole per essere viste, come diavolo possiamo aspettarci di osservare – o addirittura testare un'ipotesi sulla –teoria delle stringhe?

È qui che entra in gioco LHC. Ci sono alcune idee che vengono sbandierate 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 nella stessa massa degli Higgs, ma non l'hanno ancora fatto. Quindi, l'LHC sta facendo del suo meglio per cercare di trovare quelle particelle superpartner, sia nelle loro ultime collisioni di protoni, sia in futuri esperimenti a energie ancora più elevate. La "palla bagnata" in questo caso - le particelle superpartner - sosterrebbe anche la teoria delle supersimmetrie, che è collegata, ma separata dalla teoria delle stringhe.

L'LHC può anche lanciarsi alla ricerca di quelle dimensioni ultra-piccole che dovrebbero esistere affinché la teoria delle stringhe funzioni come una teoria unificata. Se queste dimensioni esistessero, 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 pre-collisione delle particelle, possiamo dire se parte dell'energia è MIA. Se lo è, potremmo allora essere in grado di dire: "Ehi, 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 la collisione. Ancora una volta, questo non significherebbe "dimostrare" la teoria delle stringhe o anche dimensioni extra. Ma sarebbe una scoperta scientifica che supporta alcune delle cose necessarie al funzionamento della teoria delle stringhe.

Ciò che non possiamo prevedere è se la teoria delle stringhe maturerà in un'ipotesi scientifica che possiamo verificare o osservare. In questo momento, uno dei motivi per cui è così controverso è che molti fisici pensano che non sia possibile testare e, cosa più importante, non pensano che sia possibile dimostrarsi falsi. Alcuni nella comunità dei fisici sono a proprio agio nel dire che la teoria delle stringhe non è falsificabile [fonte: Nature Physics ]. (Ciò significa che devi essere in grado di smentire l'ipotesi, non solo confermarla.)

Quindi, mentre possiamo essere ragionevolmente certi che no, l'LHC non dimostrerà che la teoria delle stringhe è vera usando le collisioni di protoni, i fisici potrebbero trovare alcune prove che non dimostreranno che è sbagliata.

Nota dell'autore: LHC può dimostrare la teoria delle stringhe?

Ascolta, sono terrorizzato come il prossimo a dire che la teoria delle stringhe è buona o cattiva. I fisici ne sono pazzi, su entrambi i lati della medaglia. Per saperne di più sulla teoria delle stringhe o sulla controversia che la circonda, controlla le fonti per ulteriori letture.

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