SEATTLE – Il cosmo avrebbe perfettamente senso – se si scopre che stiamo vivendo in un regno di 10 o 11 dimensioni in cui la gravità sta gorgogliando da un piano diverso del tutto. Almeno questo è ciò che sta emergendo come il concetto più caldo sulla frontiera della fisica.
Anche se queste sembrano affermazioni praticamente non verificabili, i fisici stanno cercando di trovare modi per raccogliere prove per sostenere o confutare le teorie extradimensionali attualmente in voga. Ma ci vorranno diversi anni per ottenere quella prova, se può essere ottenuto a tutti.,
L’affermazione che il cosmo ha più delle quattro dimensioni che possiamo percepire — cioè tre dimensioni spaziali più il tempo — è abbastanza esotica. Ma la ricerca per dimostrare questa affermazione porta in un serraglio virtuale di misteri: mini-buchi neri e materia oscura, onde gravitazionali e inflazione cosmica, collisioni di particelle ad altissima energia e raffiche di raggi gamma ultra potenti.,
Anche i fisici dietro la teoria extradimensionale più discussa di oggi, Lisa Randall dell’Università di Harvard e Raman Sundrum della Johns Hopkins University, non sono ancora esattamente sicuri se gli approcci pagheranno.
“Nulla viene fornito con una garanzia di rimborso”, ha detto Sundrum MSNBC.com.
Quindi perché preoccuparsi? I fisici non si limitano a girare questi racconti di 11 dimensioni per il divertimento degli scrittori di fantascienza. Piuttosto, le dimensioni invisibili sembrano offrire la migliore speranza per risolvere i tipi di problemi che hanno frustrato i teorici dai tempi di Albert Einstein.,
L’incredibile leggerezza della gravità
Per decenni, i fisici hanno perplesso sulla debolezza della gravità rispetto alle altre forze fondamentali della natura.
“Un piccolo magnete può sollevare una graffetta, anche se tutta la massa della terra la sta tirando nella direzione opposta”, ha osservato Randall nel suo libro sulla ricerca di dimensioni extra, intitolato “Passaggi deformati.”
Einstein cercò di elaborare una teoria generale che potesse applicarsi altrettanto bene alla gravità e alle altre forze, ma non riuscì a farlo., In effetti, le teorie che governano la gravità e la meccanica quantistica sono totalmente separate e totalmente incompatibili nel mondo quadridimensionale che conosciamo.
Negli ultimi due decenni, i successori di Einstein hanno concentrato la loro ricerca di una “teoria del tutto” sulla teoria delle stringhe — l’idea che i costituenti fondamentali della materia siano minuscoli oggetti simili a stringhe che vibrano a frequenze diverse. I teorici delle stringhe potrebbero trovare equazioni per coprire la gravità e gli effetti quantistici, purché siano state date 10 o 11 dimensioni con cui lavorare.,
Sforzandosi di spiegare le brane
Le teorie funzionano ancora meglio se si può pensare al nostro continuum spazio-temporale quadridimensionale come un tipo di membrana, o “brane”, incorporato in una “massa” che assume ancora più dimensioni. Randall e Sundrum hanno scoperto che la debolezza comparativa della gravità era perfettamente comprensibile se particelle chiamate gravitoni potevano fuoriuscire da una brana in una massa cinque-dimensionale. In realtà, hanno detto, potrebbe essere che i gravitoni stiano perdendo la maggior parte nella nostra brane (il” Weakbrane”) da una brane extradimensionale vicina (il”Gravitybrane”).,
Certo, questo suona come un mondo inventato direttamente da “Alice nel paese delle meraviglie”-e in effetti, Alice è stata invocata più di una volta dagli stessi teorici. L’unica cosa che potrebbe salvare la fisica extradimensionale dallo scaffale della finzione è la prospettiva di trovare prove del mondo reale per supportare il concetto di braneworld.
Sebbene non ci siano garanzie, Randall e Sundrum sperano che esperimenti ambiziosi produrranno presto proprio questo tipo di prove., “Entro i prossimi cinque anni, potremmo effettivamente incontrare queste dimensioni extra”, ha detto Randall durante un discorso la scorsa settimana a Seattle.
Smashing particles
Il problema con il rilevamento della quinta dimensione (o la sesta, settima e così via) è che i nostri corpi sono costruiti per misurare solo le tre dimensioni spaziali vecchio stile, più il tempo come quarta dimensione.
Gli scienziati hanno sperato che almeno una delle dimensioni extra potesse essere arrotolata in modo tale che la sua influenza potesse essere vista misurando la forza di gravità su una scala di, diciamo, un millimetro o meno., Finora, nessuna anomalia è stata ufficialmente segnalata, anche se ci sono stati occasionali blip che sono probabilmente dovuti a piccoli errori sperimentali piuttosto che alla quinta dimensione.
Una strada più promettente dovrebbe iniziare ad aprirsi l’anno prossimo, quando un acceleratore di particelle sotterraneo largo 5,3 miglia (8,6 chilometri) sarà online presso il laboratorio europeo del CERN, al confine franco-svizzero. L’acceleratore, soprannominato il Large Hadron Collider, potrebbe essere in grado di distruggere i protoni insieme a abbastanza energia per generare particelle subatomiche che hanno slancio nelle dimensioni extra.,
Questo slancio, Randall ha detto, sarebbe visto come massa extra. Quindi, se l’LHC produce classi di nuove particelle che portano le stesse cariche delle particelle normali ma sembrano essere più pesanti di certe quantità, questo potrebbe essere un suggerimento per la quinta dimensione. Se la teoria è corretta, tali anomalie dovrebbero essere rilevate “probabilmente entro pochi anni di corse al CERN”, ha detto Randall.
Rilevamento delle onde gravitazionali
Randall ha detto che un altro viale potrebbe avere a che fare con le onde gravitazionali — un fenomeno che è previsto dalla teoria della relatività generale di Einstein, ma non è ancora stato rilevato., I componenti del Interfer 365 milioni di Laser Interferometer Gravitational-Wave Observatory, o LIGO, sono solo ottenendo fino a velocità in Louisiana e stato di Washington.
i Fisici hanno detto che c’è una possibilità che LIGO può raggiungere il primo rilevamento di onde gravitazionali, e quasi 200.000 utenti hanno sottoscritto per contribuire al processo di LIGO dati attraverso Einstein @ Home distributed computing progetto. Ma Randall ha detto MSNBC.com che nemmeno LIGO sarebbe in grado di raccogliere i dati che sta cercando.,
Randall e Sundrum ipotizzano che lo spazio che abitiamo e vediamo intorno a noi possa aver fatto una transizione da uno stato più apertamente extradimensionale all’inizio — forse come parte del processo di inflazione cosmica.
“L’immagine extradimensionale potrebbe effettivamente contenere un meccanismo di inflazione che, in circostanze favorevoli, produrrebbe onde gravitazionali osservabili, i cui dettagli potrebbero dare via alcune caratteristiche della loro origine extradimensionale”, ha spiegato Sundrum.,
Anche se LIGO non sarebbe abbastanza sensibile da raccogliere quell’impronta digitale extradimensionale, Randall ha detto che una futura sonda spaziale americana-europea conosciuta come l’antenna spaziale dell’interferometro laser, o LISA, potrebbe avere una possibilità.
Sundrum, tuttavia, ha detto che il legame teorico tra dimensioni extra e inflazione cosmica “non ha ancora colpito quella nota robusta su cui si potrebbero basare conclusioni forti.”Inoltre, non è chiaro esattamente quando LISA potrebbe essere lanciato. L’attuale ipotesi migliore è qualche tempo prima dell’anno 2014.,
Cattura di lampi di raggi gamma
Solo nelle ultime due settimane, altri due fisici hanno suggerito una strada diversa per testare la teoria di Randall-Sundrum. Ciò comporterebbe l’utilizzo di una sonda della NASA chiamata Gamma-Ray Large Area Space Telescope, o GLAST, che è dovuto per il lancio il prossimo anno.,
Nel loro articolo, pubblicato online il 24 maggio sulla rivista Physical Review D, Charles Keeton della Rutgers University e Arlie Petters della Duke University si concentrano su un particolare tipo di buco nero in miniatura che sembra essere previsto come una conseguenza dell’effetto di deformazione extradimensionale.
“Questo è qualcosa con la massa di un asteroide, ma è di dimensioni microscopiche”, ha detto Petters MSNBC.com.
Se i mini-buchi neri esistono, Keeton e Petters dicono che GLAST dovrebbe registrare un caratteristico effetto di flessione della luce mentre osserva raffiche di raggi gamma da fonti lontane., Un tale esperimento potrebbe dimostrare che la teoria di brane si avvicina alla verità rispetto alla teoria della relatività di Einstein — e potrebbe anche dare peso all’idea che i mini-buchi neri rappresentino almeno parte della misteriosa materia oscura del nostro universo.
“Se i buchi neri braneworld formano anche l’ 1% della materia oscura nella nostra parte della galassia — un’ipotesi cauta — ci dovrebbero essere diverse migliaia di buchi neri braneworld nel nostro sistema solare”, ha detto Petters.
Randall e Sundrum hanno detto a MSNBC.,com che erano inizialmente scettici circa le idee proposte da Keeton e Petters, ma stanno ancora rivedendo i dettagli. Per ora, Sundrum ha detto che era disposto a dare ai ricercatori il beneficio del dubbio: “Dai loro più corda, perché se hanno ragione, allora è fantastico fuori scala.”
La cosa importante è che i fisici stanno effettivamente escogitando idee per testare ipotesi che sembravano non verificabili non molto tempo fa, ha detto Keeton MSNBC.com.
“Stiamo proponendo un nuovo test del modello braneworld, ma non è certamente l’unica possibilità”, ha detto., “Questo si inserisce nel quadro più ampio della comunità che cerca di testare questo.”