5. I numerosi candidati (II parte)

2007-08- From Hubble Space Telescope

Su suggerimento di Flavio Chinellato, astrofilo.

Tratto da: “Dov’è e che cos’è la materia oscura” di Gianfranco Bertone – pubblicato su “Le stelle”,  febbraio 2007 n. 48

In cosa consiste la supersimmetria?
In breve si tratta di estendere il modello standard della fisica delle particelle elementari, associando ad ogni particella nota un super-partner, con identiche proprietà, salvo lo spin. Esistono in natura i fermioni e bosoni, particcele caratterizzate dall’avere un parametro quantistico, che e’ detto spin, capace di assumere solo valori seminteri (fermioni) o interi (bosoni) di una certa costante fisica. La supersimmetria associa come partner a ogni fermione un bosone, e viceversa. Ad esempio, a un elettrone, che è un fermione, associamo un partner, denominato selettrone, che sarà un bosone. A un quark, uno squark. A un bosone di Higgs, un higgsino. E così via. Combinando poi i partner supersimmetrici di alcune particelle note come i bosoni B e W, insieme con i partner degli Higgs, si ottengono quattro nuove particelle, la più “leggera” delle quali, chiamata neutralino, ha una massa tra cento e mille volte maggiore di quella del protone e interagisce debolmente con la materia ordinaria. Fra le proprietà che rendono così interessanti i neutralini c’è che sono stabili su scale di tempo più lunghe dell’età dell’Universo. Infatti, le particelle supersimmetriche possono decadere solo in altre particelle supersimmetriche più leggere. Ciò implica che la più leggera di tutte, il neutralino, sia stabile.
Le teorie supersimmetriche nascono dallo straordinario sforzo della comunità scientifica di comprendere cosa ci sia oltre il modello standard, ovvero oltre le interazioni, le particelle e i campi a noi oggi noti. L’esigenza di spingerci oltre deriva dalla diffusa convinzione che il modello standard delle particelle elementari rappresenti solo un’approssimazione alle basse energie di una teoria più fondamentale, che potrebbe forse spiegare tutte le forze esistenti in natura in maniera unificata. Se riuscissimo a delineare tale teoria, il passo in avanti nella nostra comprensione dell’Universo sarebbe formidabile!
A raffreddare l’entusiasmo per questo candidato c’e’ però il fatto che la teoria della supersimmetria, anche nelle versioni più semplici, contiene un numero molto elevato di parametri liberi, i cui valori sono in certa misura arbitrari. Ad esempio, quale possa essere la massa del neutralino è un’impresa improba e praticamente impossibile se non all’interno di versioni ridotte e molto semplificate della teoria. Inoltre, nonostante gli sforzi fatti negli ultimi vent’anni non esiste ancora alcuna evidenza sperimentale della realtà della supersimmetria: il neutralino potrebbe semplicemente non esistere. E’ bene dunque tenere la mente aperta ad altre possibilità.
Con questo spirito, introduciamo il terzo candidato, la particella B1, definita in gergo tecnico “il primo stato eccitato di Kaluza-Klein del bosone B”. Di che si tratta? E’ noto a tutti che percepiamo tre dimensioni spaziali, più una dimensione temporale. Ciò sembrava scontato fino a quando i fisici hanno cominciato a chiedersi come si paleserebbero le leggi fisiche se esistessero eventuali dimensioni supplementari, e quali sarebbero le conseguenze. Al giorno d’oggi, le teorie che prevedono dimensioni supplementari sono molto di moda: in particolare, le teorie delle stringhe richiedono uno spazio tempo a 10 o 11 dimensioni. Alcune di queste teorie prevedono l’esistenza di una “torre” di stati eccitati per ciascuna particella del modello standard e, in aggiunta, prevedono che questi stati eccitati non possano decadere in particelle del modello standard, in omaggio ad una particolare legge di conservazione.
Il B1 e’ una particella con caratteristiche simili a quella del neutralino: interagisce debolmente con la materia e ha una massa pari a 500-1000 volte quella del protone. La sua stabilità e’ garantita dal fatto che, essendo il primo, non esistono stati eccitati di più bassa energia verso i quali possa decadere. Come nel caso della supersimmetria, la scoperta di particelle di questo tipo, per il quale non esiste al giorno d’oggi alcuna evidenza sperimentale, spalancherebbe le porte a una nuova concezione del mondo fisico.

Continua…
Grazie Flavio. Sabrina

Informazioni su Sabrina Masiero

Ricercatore Astronomo (Tecnologo III livello) presso INAF-Osservatorio Astronomico di Palermo-Gal Hassin, Centro Internazionale delle Scienze Astronomiche di Isnello, Palermo. In precedenza: Borsista presso INAF-Osservatorio Astronomico di Padova e Fundaciòn Galileo Galilei, FGG-Telescopio Nazionale Galileo, La Palma, Isole Canarie.

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2 risposte a 5. I numerosi candidati (II parte)

  1. P. dice:

    Penso alle celle a 10 o 11 dimensioni e alla Teoria delle stringhe. Ho letto qualcosa ma il suo formalismo matematico è molto complesso e intimanente credo che una teoria unificata debba essere semplice… Come semplice è l'Universo che essa supporta ^^ un salutone

  2. Giovanni dice:

    Le ipotesi elencate hanno tutte un fascino particolare, dal momento che la verifica di una qualsiasi di esse schiuderebbe le porte di una Fisica completamente nuova ed inesplorata. Le teorie multi-dimensionali, in particolar modo, hanno una attrattiva speciale, e non solo per tutte le speculazioni fantascientifiche che popolano la nostra cultura, ma anche per implicazioni più attuali. Se un vero e proprio viaggio inter-stellare è ancora un fatto inimmaginabile, sembra invece che sia possibile trasmettere segnali da un punto dello spazio verso un altro, senza attraversare la traiettoria che li unisce, come invece avviene, per esempio, nella propagazione della luce. Comprendere le proprietà di uno stato di materia che non si trova sul piano della luce e, pertanto, non interagisce con essa potrebbe inaugurare una nuova era nell'esplorazione del Cosmo, magari permettendo la comunicazione tra punti dello spazio estremamente distanti tra loro.