Perché la gravità è così debole?

Perché la gravità è molto più debole rispetto alle altre forze fondamentali? Un piccolo magnete da frigo è sufficiente a creare una forza elettromagnetica maggiore della forza di attrazione gravitazionale esercitata dalla Terra.

Una possibilità è che non sentiamo il pieno effetto della gravità, perché parte di essa si estende in dimensioni extra. Anche se può sembrare fantascienza, se esistessero dimensioni extra, si potrebbe spiegare perché l’universo si stia espandendo più velocemente del previsto, e perché la gravità è più debole rispetto alle altre forze della natura.

E’ una questione di scala.

Nella vita di tutti i giorni, sperimentiamo le tre dimensioni spaziali e una quarta dimensione, il tempo. Cosa potrebbe esserci di più? La teoria della relatività generale di Einstein ci dice che lo spazio può espandersi, contrarsi e piegarsi. Ora, se una dimensione dovesse contrarsi ad una dimensione infinitamente più piccola di un atomo, sarebbe nascosta alla nostra vista.

Ma se potessimo guardare su una scala sufficientemente piccola, quella dimensione nascosta potrebbe diventare di nuovo visibile. Immaginate una persona che cammina su una corda tesa. Può muoversi solo in avanti e indietro; ma non a sinistra e a destra, né su e giù, così si vede una sola dimensione. Le formiche che vivono su una scala molto più piccola potrebbero muoversi intorno al cavo, in quella che appare come una dimensione in più.

Come potremmo testare dimensioni extra? Una possibilità potrebbe essere quella di trovare le prove dell’esistenza di particelle che potrebbero esistere solo se le dimensioni extra fossero reali. Le teorie che suggeriscono dimensioni extra prevedono che, allo stesso modo degli atomi che hanno uno stato fondamentale a bassa energia, e stati eccitati di alta energia, ci sarebbero versioni più pesanti di particelle standard in altre dimensioni. Queste versioni più pesanti di particelle – chiamate stati di Kaluza-Klein – avrebbero esattamente le stesse proprietà delle particelle normali (in modo da essere visibile ai nostri rilevatori), ma con una massa maggiore.

Se CMS o ATLAS dovessero trovare una particella tipo Z o W (i bosoni Z e W sono portatori della forza elettrodebole) con una massa 100 volte più grande, questo potrebbe suggerire la presenza di dimensioni extra. Tali particelle pesanti possono essere rivelate solo alle alte energie raggiunte dal Large Hadron Collider (LHC).

Un piccolo pezzo di gravità?

Alcuni teorici suggeriscono che una particella chiamata “gravitone” potrebbe essere associata alla gravità nello stesso modo in cui il fotone è associato alla forza elettromagnetica. Se i gravitoni esistessero, dovrebbe essere possibile crearli al LHC, ma scomparirebbero rapidamente in dimensioni extra. Le collisioni negli acceleratori di particelle creano sempre eventi bilanciati – proprio come i fuochi d’artificio – con particelle che volano in tutte le direzioni.

Un gravitone potrebbe sfuggire ai nostri rilevatori, lasciando una zona vuota che si noterebbe come uno squilibrio nella quantità di moto ed energia dell’evento. Bisognerebbe studiare attentamente le proprietà dell’oggetto mancante per capire se si tratta di un gravitone fuggito in un’altra dimensione o qualcos’altro. Questo metodo di ricerca per l’energia mancante negli eventi viene utilizzato anche per cercare la materia oscura o le particelle supersimmetriche.

Buchi neri microscopici

Un altro modo per rivelare dimensioni extra potrebbe essere quello di produrre “buchi neri microscopici“. Cosa esattamente si andrà a rilevare dipenderà dal numero di dimensioni extra, la massa del buco nero, la dimensione e l’energia a cui viene sottoposto il buco nero.

Se micro buchi neri apparissero nelle collisioni create dall’ LHC, si disintegrerebbero rapidamente, in circa 10^-27 secondi. Decadrebbero in particelle del Modello Standard o supersimmetriche, creando eventi contenenti un numero eccezionale di tracce nei rilevatori, che si dovrebbero facilmente individuare.

Questo è uno degli ultimi studi del 2016 fatti per cercare micro bh ultilizzando 3,2 fb^-1 di dati del run 2 LHC  “Search for TeV-scale gravity signatures in high-mass final states with leptons and jets with the ATLAS detector at √s=13 TeV”
Cercare ulteriormente su questi argomenti aprirebbe la porta a possibilità ancora sconosciute.

Fonti: Cern; Particlebyte.com