Stringhe, brane e (super)gravità

Gli anni ’50 e ’60 furono caratterizzati da un’imponente proliferazione di risonanze adroniche, particelle molto instabili che oggi associamo a composti di “quarks”, e fu presto evidente che esse interagiscono fortemente, come i protoni e i neutroni dei nuclei atomici. La Teoria Quantistica dei Campi, nata negli anni ’30 dall’esigenza di combinare Relatività Speciale e Meccanica Quantistica, aveva collezionato importanti successi dalla fine degli anni ’40, riuscendo a spiegare sottili effetti dell’Elettromagnetismo nella Fisica Atomica. Questi successi avevano richiesto nuovi importanti sviluppi della Fisica Teorica, ma sarebbero stati impossibili se le Interazioni Elettromagnetiche tra elettroni, positroni e fotoni non fossero relativamente poco intense. Una parte della comunità scientifica si dedicò quindi negli anni ’60 a costruire modelli che, al netto di alcuni stringenti criteri di consistenza, fossero in grado di descrivere a priori la distribuzione angolare delle particelle prodotte in urti tra risonanze adroniche. Nel 1968 Gabriele Veneziano propose una peculiare ampiezza di questo tipo, associata ad un urto elastico tra due particelle, basata sulla funzione Gamma di Eulero, Questa espressione gode di alcune proprietà notevoli su cui torneremo, ma possiede anzitutto un’inusuale simmetria sotto lo scambio delle due “variabili di Mandelstam” s e t, che pure hanno ruoli ben diversi. Esse caratterizzano infatti, nel riferimento del centro di massa, l’energia totale e l’angolo di diffusione, ovvero l’angolo tra la direzione comune di impatto delle due particelle coinvolte nell’urto e quella lungo la quale esse emergono dall’interazione. Questa ampiezza fu presto collegata ad una classe di oggetti estesi (stringhe aperte) la cui struttura anticipava i tubi di flusso oggi associati al confinamento dei quarks, ma sottili effetti quantistici richiedono anche la presenza di particelle e interazioni riconducibili all’Elettromagnetismo e alla Relatività Generale. La “Teoria delle Stringhe” che genera eq. (1) è quindi una profonda generalizzazione della teoria di Einstein, nata sorprendentemente in un altro contesto. La sua consistenza richiede che l’Universo includa alcune dimensioni microscopiche, apparentemente inaccessibili ai nostri strumenti più sofisticati, in un quadro di straordinaria unità strutturale che trascende lo stesso concetto di spazio-tempo. Questo emerge chiaramente in presenza della supersimmetria, una peculiare simmetria tra bosoni e fermioni che introduce profonde semplificazioni nella dinamica, estendendo anche la Relatività Generale alla Supergravità. Appare oggi imperativo esplorare più a fondo i principi alla base di questi scenari.