Le cose più piccole dell’universo

Quark ed elettroni sembrano indivisibili, gli scienziati non sanno se sono effettivamente particelle fondamentali, o se al loro interno c'è qualcosa di ancora più piccolo

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Fin dagli albori della sua esistenza, l’uomo si è sempre domandato quale fosse la cosa più piccola esistente al mondo. In un lontano passato si riteneva che i mattoni che compongono il mondo fossero i finissimi granelli di sabbia. In seguito, la scoperta dell’atomo spostò la prospettiva a una dimensione estremamente piccola.

Ma l’atomo, contrariamente a quanto ritenuto inizialmente, non è indivisibile essendo composto da particelle ancora più piccole, i protoni, i neutroni e gli elettroni. Protoni e neutroni, inizialmente ritenute particelle fondamentali, si sono rivelate a loro volta composte da altre particelle ancora più piccole, i quark.

Non siamo stati in grado di vedere alcuna prova del fatto che ci sia qualcosa all’interno dei quark“, ha detto il fisico Andy Parker. “Abbiamo raggiunto il livello più fondamentale della materia?

Anche se quark ed elettroni, come ha affermato Parker, sembrano indivisibili, gli scienziati non sanno se sono effettivamente particelle fondamentali, o se al loro interno c’è qualcosa di ancora più piccolo. Parker, professore di fisica delle alte energie all’Università di Cambridge, in Inghilterra, ha ospitato alcuni anni fa uno speciale televisivo sul canale della BBC Two del Regno Unito chiamato “Horizon: How Small is the Universe?”.

Stringhe o punti?

Negli esperimenti, particelle come quark ed elettroni sembrano comportarsi come singoli punti materiali senza distribuzione spaziale. Ma oggetti simili rendono le leggi della fisica molto più complicate. Poiché puoi avvicinarti all’infinito a un punto, le forze che agiscono su di esso possono diventare infinitamente grandi e gli scienziati si trovano in imbarazzo davanti a quantità infinite.

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Un’idea chiamata teoria delle superstringhe potrebbe risolvere questo problema. La teoria ipotizza che tutte le particelle, invece di essere puntiformi, siano in realtà piccoli anelli o stringhe. In questo modo le particelle fondamentali sarebbero rappresentate da una stringa aperta o chiusa che non potrà mai essere puntiforme, risolvendo così il problema dell’infinito. Tuttavia gli scienziati non hanno ancora prove sperimentali che la teoria delle stringhe sia corretta.

Un altro modo di risolvere il problema è quello di dire che lo spazio in sé non è continuo e regolare, ma è in realtà costituito da pixel discreti, o grani, a volte indicati come schiuma spazio-temporale. In tal caso, due particelle non sarebbero in grado di avvicinarsi all’infinito l’una all’altra perché dovrebbero sempre essere separate dalla dimensione minima di un pixel o grano di spazio.

Una singolarità

Nell’universo esistono altre cose che potrebbero strappare il titolo di “oggetto” più piccolo dell’universo: la singolarità al centro di un buco nero. I buchi neri si formano quando la materia viene condensata in uno spazio abbastanza piccolo che la gravità è cosi intensa da comprimere la materia in un singolo punto di densità infinita. Almeno, secondo quelle che attualmente riteniamo essere le leggi della fisica.

Ma la maggior parte degli esperti non pensa che i buchi neri siano davvero infinitamente densi. Pensano che questo infinito sia il prodotto di un conflitto esistente tra due teorie, la relatività generale e la meccanica quantistica. Un giorno, quando avremo unificato queste due teorie in una unica teoria quantistica della gravità, forse riveleremo la vera identità dei buchi neri.

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La mia ipotesi è che [le singolarità del buco nero] siano molto più piccole di un quark, ma non credo che abbiano una densità infinita“, ha confidato Parker a LiveScience.

se questa ipotesi fosse vera, le singolarità avrebbero all’incirca le dimensioni delle superstringhe, se esistessero.

La lunghezza di Planck

Superstringhe, singolarità e persino grani di spaziotempo potrebbero avere circa le dimensioni della “lunghezza di Planck“.

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La lunghezza di Planck è di 1,6 x 10 ^ -35 metri (il numero 16 preceduto da 34 zeri e un punto decimale), una scala umanamente incomprensibilmente piccola che è implicata vari aspetti della fisica.

La lunghezza di Planck è di gran lunga troppo piccola per essere misurata da qualsiasi strumento, ma si ritiene che rappresenti il ​​limite teorico della lunghezza più piccola misurabile. Secondo il principio di indeterminazione, nessuno strumento dovrebbe mai essere in grado di misurare qualcosa di più piccolo, perché a quell’intervallo di dimensioni l’universo è probabilistico e indeterminato. Si ritiene che la scala di Planck sia la linea di demarcazione tra relatività generale e meccanica quantistica.

Corrisponde alla distanza in cui il campo gravitazionale è così forte che può iniziare a fare cose come buchi neri fuori dall’energia del campo“, ha detto Parker. “Alla lunghezza di Planck ci aspettiamo che la gravità quantistica prenda il sopravvento“.

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Forse tutte le cose più piccole dell’universo hanno all’incirca le dimensioni della lunghezza di Planck.