DATA 19/07/1995 PAGINA 2 TIPO TuttoScienze

Titolo 
FISICA DI FRONTIERA

Queste simmetrie spiegano il mondo


AUTORE FRE' PIETRO
ARGOMENTI fisica
NOMI STROMINGER ANDREW, WITTEM EDWARD
ORGANIZZAZIONI CENTRO INTERNAZIONALE DI FISICA TEORICA
LUOGHI ITALIA, TRIESTE (TS)

SUBJECTS physics

SI e' svolta, di recente al Centro Internazionale di Fisica Teorica
di Trieste, una conferenza su ®Dualita' e simmetrie speculari¯ alla
quale hanno contribuito una trentina fra i piu' noti fisici teorici
di tutto il mondo impegnati nella ricerca sulla teoria delle
®stringhe¯, sulla gravita' quantistica e sull'unificazione delle
interazioni fondamentali. Il ®Los Angeles Time¯ ne ha dato ampia
notizia, titolando ®U.C. Physi cist makes major advances in string
theory¯, cioe' un fisico dell'Universita' di California (Andrew
Strominger del campus di Santa Barbara) fa notevoli progressi nella
teoria delle stringhe. Nella stessa pagina il giornale riportava
un'intervista con Edward Witten, forse il piu' autorevole teorico
contemporaneo, anch'egli a Trieste, che definiva il convegno ®il piu'
denso di nuovi sviluppi degli ultimi anni¯. Che cosa e' avvenuto
negli ultimi mesi per produrre una scarica di adrenalina nelle vene
della comunita' scientifica dedita a questo tipo di studi? E che che
cosa sono le dualita' e le simmetrie speculari? Per capirlo conviene
rifarci a una storiella che quasi tutti i fisici conoscono. Un
signore rientra tardi la sera e ne trova un altro che cerca
affannosamente sotto un lampione le chiavi di casa, cadutegli di
mano. Il primo signore si offre di aiutare il secondo nella sua
ricerca e, dopo dieci minuti di vani tentativi, gli chiede se e' ben
sicuro di aver perso le chiavi precisamente in quel luogo. La
risposta e' no. ®Allora perche' le cerca proprio qui?¯ chiede il
primo. ®Perche' qui c'e' luce!¯ risponde il secondo. Le chiavi perse
sono da identificarsi con la soluzione esatta di un problema
dinamico; la luce del lampione e', invece, la teoria delle
perturbazioni che i fisici usano costantemente la' dove le soluzioni
esatte non sono disponibili, cioe' nel novantacinque per cento dei
casi. Invece di risolvere il problema dinamico vero se ne considera
un altro che e' esattamente risolubile e poi si arguisce che le
soluzioni esatte di quello vero differiscono dalle soluzioni di
quello fittizio per contributi piccoli che possono essere calcolati
approssimativamente ad ogni ordine di precisione desiderato. Benche'
la teoria delle perturbazioni abbia enormi meriti e abbia consentito
di stabilire un accordo perfetto tra previsioni teoriche e dati
sperimentali in molti importanti casi, ad esempio in elettrodinamica
quantistica, nella teoria, cioe', dell'interazione tra gli elettroni
e i quanti di luce, e' ben noto che vi sono fenomeni fisici
rilevantissimi che sono intrinsecamente non perturbativi. In altre
parole, non sono accessibili al metodo perturbativo, benche' possano
essere spiegati da teorie gia' esistenti, qualora si riesca a
trovarne le soluzioni esatte. Un esempio tipico sono le onde
solitoniche che possono prodursi nelle acque basse e che furono, per
la prima volta, osservate da un cavaliere del secolo scorso che ne
insegui' una a lungo, cavalcando sulla riva di un canale. Esse
corrispondono a soluzioni esatte delle equazioni dell'idrodinamica
che non possono ottenersi in alcun modo perturbando le soluzioni
corrispondenti allo stato di quiete dell'acqua. Un problema
fondamentale in ogni tipo di disciplina fisica e' dunque lo studio di
strategie atte a stabilire un controllo sui fenomeni non
perturbativi. Senza di questo, il nostro grado di conoscenza e'
pressoche' nullo. Puo' essere che possediamo gia' la corretta teoria
dinamica, ma, non sapendola risolvere, non sappiamo estrarre altro
che una parte limitatissima delle predizioni fisiche in essa
codificate. Siamo cioe' nella situazione del signore che cerca le
chiavi sotto il lampione. Le trasformazioni di dualita' sono, dove
applicabili, una delle strategie di successo per controllare la
fisica non perturbativa. Per quanto possa apparire sorprendente,
accade talvolta che esistano coppie duali di teorie tali che i
fenomeni non perturbativi della prima corrispondono a quelli
perturbativi della seconda e viceversa. In questo caso e' possibile
risolvere completamente entrambe le teorie usando la luce del
lampione, cioe' il metodo perturbativo. Per rifarci all'esempio
idrodinamico, la teoria duale e' quella dove il ruolo delle gocce
d'acqua e delle onde solitoniche viene scambiato. Nello scenario
duale le onde, anziche' montagne di gocce d'acqua che si muovono
solidarmente, sono viste come entita' elementari e sono al contrario
le gocce d'acqua che devono essere considerate come la
sovrapposizione di un numero grandissimo di onde. Vari esempi di
coppie duali sono noti da tempo, ma generalmente in sistemi fisici
relativamente semplici dove la dimensionalita' rilevante dello spazio
e' una o al piu' due (moti su di una retta o in un piano, per
spiegarci approssimativamente). La grande novita' degli ultimi mesi
e' che si sono scoperte intere classi di coppie duali nell'ambito
delle due piu' complesse e ambiziose teorie fisiche esistenti: la
cromodinamica quantistica, la teoria dei quark e dei gluoni che
descrive le interazioni nucleari e la teoria delle superstringhe che
e' supposta descrivere la gravita' quantistica e la sua unificazione
con tutte le altre interazioni fondamentali. Gli esempi trovati non
sono ancora realistici perche' corrispondono a versioni idealizzate e
molto simmetriche delle teorie citate, ma fanno sorgere giustificate
speranze che un controllo sulla fisica non perturbativa sia possibile
e forse a portata di mano. Molto rozzamente possiamo dire che cio'
che nell'esempio idrodinamico era lo scambio di gocce d'acqua e onde
solitoniche e' nella quantocromodinamica lo scambio di particelle
elementari portatrici di cariche ®elettriche¯ con ®monopoli
magnetici¯; nella teoria delle stringhe, invece, lo scambio coinvolge
oltre ai monopoli magnetici anche i buchi neri. Vi e', come si vede,
di che eccitare la fantasia non solo dei teorici teoretici, come
sogliono ora definirsi i fisici dediti a questi studi, ma anche dei
registi di fantascienza. Fa piacere notare che il contributo italiano
a questo nuovo capitolo scientifico e' ingente. L'articolo di Seiberg
e Witten dell'estate scorsa, che diede un decisivo impulso a questi
studi, fu preceduto di poco da un lavoro di Girardello (Universita'
di Milano), Porrati (Universita' di New York) e Zaffaroni (studente
Sissa) che, pur seguendo una via alquanto diversa, mira nella stessa
direzione. Ai recentissimi risultati presentati a Trieste, oltre a
Strominger (Santa Barbara, California), Harvey (Chicago University) e
Vafa (Harvard University), hanno contribuito in particolare Ferrara
del Cern e gruppi italiani con base a Torino e Trieste: fra gli
altri, Narain e Gava, organizzatori della conferenza. Pietro Fre'
Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, Trieste