I fisici giapponesi hanno creato un modello di teoria delle stringhe, che simula la nascita dell’universo. La teoria delle stringhe – una sorta di “teoria del tutto” che unisce la meccanica quantistica e la relatività generale in un unico quadro – unisce modelli di particelle elementari, come linee oscillanti (“stringhe”) piuttosto che i punti adimensionali. La teoria delle stringhe richiede che ci siano 10 dimensioni: nove di spazio e una di tempo. Il nostro universo sembra avere solo tre dimensioni spaziali, dicono i sostenitori della teoria, perché le altre sei sono rannicchiate in fasci inosservabili molto piccoli chiamati collettori. Come molti altri aspetti alla base della teoria delle stringhe, non c’è nessun esperimento fattibile che possa verificare che questi collettori esistano realmente e, quindi, che l’universo abbia davvero una struttura di questo genere. E se davvero fosse così, i fisici si chiedono la motivazione per la quale tre di quelle dimensioni sarebbero enormi e le altre sei estremamente piccole. Tuttavia, il quadro della teoria delle stringhe è avvincente perché spiega la maggior parte degli aspetti dell’universo che osserviamo, dall’elettromagnetismo alla gravità, alla termodinamica dei buchi neri. La nuova ricerca – di Sang-Woo Kim dell’Università di Osaka, di Jun Nishimura della High Energy Research Organization Accelerator (KEK) e di Asato Tsuchiya dell’università di Shizuoka – dimostra che la teoria delle stringhe sia una teoria plausibile per spiegare l’origine dell’universo e la sua struttura apparente in 3D. “Siamo stati in grado di vedere come tre direzioni comincino a espandersi ad un certo punto nel tempo“, ha detto Nishimura. Per effettuare il calcolo, i fisici hanno usato una riformulazione della teoria delle stringhe chiamata modello a matrice IIB, ossia griglie rettangolari di espressioni matematiche che descrivono le proprietà dell’universo. Gli elementi delle matrici possono essere combinati matematicamente per simulare come le stringhe potrebbero avere interagito per formare l’universo come noi oggi lo osserviamo. Il metodo usuale di fare calcoli sulla teoria è quello di utilizzare la teoria delle perturbazioni, in cui tutte le possibili interazioni tra le stringhe sono considerate in un calcolo di una singola interazione. Ma le equazioni che descrivono le interazioni delle stringhe sono così complicate che questo metodo funziona solo quando tutte le possibili interazioni tra le stringhe sono molto deboli – piccole perturbazioni piuttosto che collisioni ad alta energia e che sarebbero accadute nell’universo primordiale. Le matrici, d’altra parte, possono essere numericamente simulate da supercomputer, e così la riformulazione della teoria delle stringhe in un modello a matrice sta consentendo ai fisici di calcolare come gli eventi si sarebbero svolti ad energie estremamente elevate, come quelle al momento del Big Bang. “Questo non era possibile con la formulazione tradizionale della teoria delle superstringhe“, scrive Nishimura. ” “, Quello che facciamo in questa simulazione è generare centinaia o migliaia di matrici, ognuna delle quali descrive l’intera storia dell’universo in un certo intervallo di tempo finito. Abbiamo poi preso una media per ottenere le informazioni fisiche su come l’universo si evolve nel tempo”, ha spiegato Nishimura. Ci sono voluti 2 mesi per elaborare tutti i dati nel supercomputer, ma alla fine ha permesso ai ricercatori di osservare l’evoluzione dell’Universo dal Big Bang fino a 10 ^ -36 secondi più tardi. Per studiare questa e altre domande circa l’evoluzione dell’universo secondo la teoria delle stringhe, i ricercatori devono però sondare una finestra di tempo al di là di questo lasso temporale, e per fare questo essi devono simulare matrici ancora più grandi. La nuova ricerca sarè resa nota in dettaglio in un prossimo documento della rivista Physical Review Letters.
