Una nuova Teoria della Gravità Quantistica avvicina la Fisica alla “Teoria del Tutto”

Da decenni, il Sacro Graal della fisica teorica è la formulazione di una “Teoria del Tutto“, un singolo framework capace di descrivere tutte le forze fondamentali della natura. L’ostacolo principale è sempre stato l’incompatibilità tra la gravità, descritta dalla Relatività Generale di Einstein, e le altre tre forze fondamentali (elettromagnetica, debole e forte), descritte dalla teoria quantistica dei campi (QFT) all’interno del cosiddetto “Modello Standard“.

La discrepanza fondamentale risiede nella natura stessa delle descrizioni. Il campo gravitazionale, secondo Einstein, è una manifestazione della struttura stessa della realtà: lo spaziotempo. Al contrario, i campi del Modello Standard sono definiti nello spaziotempo, associando un valore a ogni suo punto. Conciliare queste due visioni rappresenta una sfida titanica per gli scienziati.

Recentemente, un team di ricercatori della Aalto University , guidato da Mikko Partanen, ha proposto una prospettiva radicalmente nuova sulla gravità, progettata specificamente per integrarla con il Modello Standard. La loro teoria, se confermata, potrebbe rappresentare una svolta epocale. La notizia è stata resa pubblica in un comunicato stampa.

Un Nuovo Approccio alla Gravità

Nel Modello Standard, le tre forze fondamentali emergono da specifiche simmetrie nei rispettivi campi quantistici. Ogni forza possiede un distinto pattern di simmetria. Per estendere un simile quadro alla gravità, i ricercatori finlandesi hanno introdotto una nuova entità matematica: il campo di dimensione spaziotemporale. Questo campo possiede quattro simmetrie che, applicate a ogni punto dello spaziotempo, generano intrinsecamente il campo gravitazionale.

In altre parole, la gravità emergerebbe naturalmente dalle simmetrie di questo campo di dimensione spaziotemporale, in modo analogo a quanto osservato per le altre tre forze nel Modello Standard.

I risultati preliminari sono promettenti: la teoria unificata della gravità proposta sembra fornire un quadro coerente per tutte e quattro le forze fondamentali. Un aspetto cruciale è che la teoria si è dimostrata rinormalizzabile fino al primo ordine. La rinormalizzabilità è una proprietà essenziale per una teoria quantistica, poiché garantisce che i calcoli producano valori finiti e definibili, evitando gli infiniti problematici che affliggono molte teorie della gravità quantistica. In questo caso, la rinormalizzabilità sembra applicarsi fino a un certo numero di termini nelle equazioni, un passo avanti significativo.

Inoltre, i ricercatori hanno dimostrato che nel limite classico (cioè, senza considerare gli effetti quantistici), la loro teoria si riduce all’equivalente teleparallelo della Relatività Generale, una formulazione matematicamente equivalente alla teoria di Einstein. Questo test è fondamentale, poiché la Relatività Generale descrive con estrema precisione la gravità su larga scala, dagli esperimenti di laboratorio ai buchi neri. Ciò conferma che la nuova teoria produce risultati coerenti con le osservazioni consolidate.

Oltre i Termini di Primo Ordine: Le Prospettive Future

Sebbene si tratti ancora di una teoria puramente matematica, questa ricerca offre una potenziale soluzione al problema quasi secolare della gravità quantistica. Propone un metodo per conciliare la gravità e il Modello Standard in modo da garantire risultati fisicamente significativi.

“Se questo lavoro porterà a una teoria quantistica dei campi completa per la gravità, allora alla fine fornirà risposte a problemi molto difficili come la comprensione delle singolarità nei buchi neri e del Big Bang,” ha dichiarato l’autore principale dello studio, Mikko Partanen della Aalto University, in un comunicato stampa.

Il prossimo obiettivo dei ricercatori è estendere la validità della loro teoria oltre i termini di primo ordine, mirando a eliminare completamente gli infiniti dai calcoli.

Questa teoria introduce una prospettiva innovativa su un problema annoso della fisica, suggerendo che la gravità possa essere compresa come emergente dalle simmetrie di un campo di dimensione spaziotemporale, piuttosto che dalla curvatura dello spaziotempo stesso, e tutto ciò senza introdurre nuovi parametri arbitrari.

Un passo che potrebbe ridefinire la nostra comprensione dell’universo. Il team invita tutti i recercatori a provar a falsificare la loro teoria, o ampiarla.