L’entropia di Bekenstein-Hawking dei buchi neri supersimmetrici è stata finalmente spiegata
Si tratta senza dubbio della più grande sfida affrontata dai fisici dall’inizio del XX secolo. La meccanica quantistica e la relatività generale, pur tenendo perfettamente conto di come funziona la natura, rispettivamente nelle scale più piccole e grandi possibili, sono apparentemente inconciliabili. Ovviamente, il problema può sembrare astratto per i non addetti ai lavori. Tuttavia, è diventato palpabile il 10 aprile 2019 con la prima immagine di un buco nero: la personificazione delle incompatibilità tra le due teorie. La più grande possibilità di conciliare la relatività generale e la fisica quantistica risiede nella teoria delle stringhe. Il potenziale della sua supposta dualità tra teoria quantistica e forza di gravità è enorme. Ma la verità risiede nel fatto che c’è ancora molto lavoro da fare prima che la dualità gauge/gravità possa fornire la prova che la teoria quantistica e la gravità, invece che in conflitto, sono piuttosto descrizioni equivalenti della stessa fisica. «L’obiettivo generale del mio progetto era estendere la dualità gauge/gravità oltre lo stato dell’arte attuale. Ho esplorato le sue notevoli implicazioni fisiche e le sue relazioni con i vari rami della matematica moderna», spiega Dario Martelli, professore di fisica teorica presso il King’s College di Londra. Gli sforzi del prof. Martelli nell’ambito del progetto Gauge/Gravity sono stati dedicati a entrambi i lati della dualità. Il suo lavoro consisteva nello sviluppo di nuove metodologie (compresi gli approcci geometrici allo studio della teoria delle stringhe) e nel favorire l’applicazione dei metodi esistenti alle teorie quantistiche supersimmetriche dei campi. «Abbiamo aperto una nuova linea di ricerca che consiste nell’eseguire test di precisione della dualità gauge/gravità. Abbiamo utilizzato configurazioni in cui fosse possibile ottenere un ottimo controllo analitico su entrambi i lati di questa corrispondenza. Abbiamo ottenuto diverse estensioni della dualità gauge/gravità come indicato nella proposta iniziale di ricerca», afferma il Prof. Martelli. Tra gli altri, il progetto ha portato a due importanti risultati. Il primo è la scoperta di un «principio di estremizzazione» che controlla una classe di geometrie rilevanti per la teoria delle stringhe. Esso fornisce la prova della dualità gauge/gravità per un’ampia classe di coppie duali. La seconda è la spiegazione dell’entropia di Bekenstein-Hawking per determinati buchi neri supersimmetrici, un annoso problema aperto nella dualità gauge/gravità, in termini di un calcolo doppio della teoria dei campi. Tutto considerato, questi risultati forniscono prove convincenti che la corrispondenza gauge/gravità è la chiave per collegare i principi di estremizzazione che disciplinano le proprietà statistiche dei buchi neri supersimmetrici con quelle che caratterizzano le teorie dei campi superconformi, nonché una classe di problemi geometrici nella geometria Riemanniana. «I buchi neri rimangono uno degli oggetti più intriganti in fisica e hanno fatto una transizione spettacolare dai costrutti teorici ai corpi celesti concreti negli ultimi anni», osserva il prof. Martelli. «Il tempismo non potrebbe essere migliore per concentrare i miei sforzi di ricerca sull’indagine della natura fondamentale dei buchi neri. In particolare, ho intenzione di studiare i buchi neri che emergono nella teoria delle stringhe. Per questo prenderò il punto di vista della dualità gauge/gravità, che consente di mettere in relazione questi oggetti gravitazionali con configurazioni quantistiche teoriche concrete. È molto eccitante vivere in questa era di grandi scoperte scientifiche!».
Parole chiave
Gauge/Gravity, buchi neri, entropia, dualità, gravità, relatività generale, teoria delle stringhe
