La simmetria è stata uno dei principi guida nella ricerca dei fisici delle leggi fondamentali della natura.
I fisici sono stati alla ricerca di leggi che spieghino sia il microscopico mondo delle particelle elementari sia il mondo macroscopico dell’universo iniziato con il Big Bang, aspettandosi che tali leggi fondamentali mantengano il rispetto della simmetria simmetria in tutte le circostanze. Tuttavia, nel 2019, due fisici hanno trovato una prova teorica che, al livello più fondamentale, la natura non rispetta la simmetria.
Come hanno fatto? Gravità e principio olografico
Esistono quattro forze fondamentali nel mondo fisico: elettromagnetismo, forza forte, forza debole e gravità. La gravità è l’unica forza ancora inspiegabile a livello quantico. I suoi effetti su grandi oggetti, come pianeti o stelle, sono relativamente facili da vedere, ma le cose si complicano quando si cerca di comprendere la gravità nel piccolo mondo delle particelle elementari.
I ricercatori hanno dimostrato che la simmetria influenza solo le regioni ombreggiate nel diagramma, non attorno al punto nel mezzo, quindi non può esserci una simmetria globale. Credito: Kavli IPMU
Per cercare di comprendere la gravità a livello quantico, Hirosi Ooguri, direttore del Kavli Institute for Physics and Mathematics of the Universe di Tokyo, e Daniel Harlow, assistente professore al Massachusetts Institute of Technology, hanno iniziato a studiare il principio olografico.
Questo principio spiega i fenomeni tridimensionali influenzati dalla gravità su uno spazio piatto bidimensionale che non è influenzato dalla gravità. Questa non è una vera rappresentazione del nostro universo, ma è abbastanza vicina da aiutare i ricercatori a studiare i suoi aspetti di base.
I due hanno quindi mostrato come i codici quantici di correzione degli errori, che spiegano come i fenomeni gravitazionali tridimensionali emergano da due dimensioni, come gli ologrammi, non siano compatibili con alcuna simmetria.
Significa che tale simmetria non può essere possibile nella gravità quantistica.
Hanno pubblicato le loro conclusioni nel 2019, ottenendo elogi dagli editori di riviste e una significativa attenzione da parte dei media. Ma come è nata un’idea del genere?
“Sono andato al suo seminario con alcune domande già preparate“, dice Ooguri. “Dopo abbiamo discusso molto e poi abbiamo iniziato a pensare che forse questa idea che aveva potesse essere usata per spiegare una delle proprietà fondamentali della gravità quantistica, sulla mancanza di simmetria“.
È iniziato tutto ben oltre quattro anni fa, quando Ooguri trovò un documento sull’olografia e la sua relazione con i codici di correzione degli errori quantistici di Harlow, che all’epoca era un post doc alla Harvard University. Poco dopo, i due si incontrarono all’Institute for Advanced Study di Princeton mentre Ooguri era lì in anno sabbatico e Harlow vi si recò per tenere un seminario.
Nuove idee e ipotesi di ricerca nascono spesso da conversazioni di questo tipo, afferma Ooguri, che è anche professore presso il California Institute of Technology negli Stati Uniti. Ooguri viaggia almeno una volta ogni due settimane per tenere lezioni, partecipare a conferenze, seminari e altri eventi.
“Il progresso scientifico è fortuito“, afferma Ooguri. “Succede spesso in un modo che non ti aspetti”.
“Sì, oggi è più facile con e-mail e videoconferenze“, continua, “ma quando scrivi un’e-mail devi avere qualcosa di cui scrivere. Quando qualcuno si trova nello stesso edificio, posso attraversare il corridoio e porre domande sciocche”.
Queste domande sciocche sono la chiave per il progresso nelle scienze fondamentali. A differenza di altri campi, come la scienza applicata in cui i ricercatori lavorano per un obiettivo specifico, la prima domanda o idea che viene posta da un fisico teorico di solito non è quella giusta, dice Ooguri. Ma, attraverso la discussione, altri ricercatori pongono domande derivate dalla loro curiosità, portando la ricerca in una nuova direzione, atterrando su una domanda molto interessante, che ha una risposta ancora più interessante.
Riferimento: “Vincoli sulle simmetrie dall’olografia” di Daniel Harlow e Hirosi Ooguri, 17 maggio 2019, Physical Review Letters.
DOI: 10.1103 / PhysRevLett.122.191601
