Glossario

Adroni

Particelle formate da quarks legati dalla forza forte. Sono adroni i barioni, formati da 3 quarks, ed i mesoni  formati da un quark e da un antiquark. 

Annichilazione

Processo attraverso cui una particella e la sua antiparticella ( caratterizzata da cariche opposte) interagiscono "annullandosi" e trasformandosi in  energia. 

Barioni

Particelle composte formate da 3 quarks legati dalla forza forte. Sono barioni i protoni, formati da due quark up ed un down(uud), ed i neutroni, da due down ed un up (udd). 

Big Bang

Inizio dell'espansione cosmica cominciata 15 miliardi di anni fa in corrispondenza di uno stato d'energia elevatissima. 

Bosoni

Particelle con spin intero. Si tratta di particelle "gregarie", che non obbediscono cioè al  principio di esclusione di Pauli, infatti più particelle con gli stessi numeri quantici ( con le stesse cariche) possono occupare tutte lo stesso stato energetico: è quello che accade ai fotoni in un laser. 

In natura sono bosoni i quanti mediatori, chiamati anche "bosoni di gauge". 

Buco nero estremale

Buco nero avente la minima massa che la carica posseduta richiede. 

 Una data quantità di soluto richiederà un volume minimo di solvente per esser diluita completamente.Tale soluzione risulta satura, ed è analoga ad un buco nero estremale, saturo di carica. I buchi neri estremali non emettono radiazioni di Hawking. 

Cariche di gauge

Proprietà di una particella che ne determina l'interazione con altre particelle. Sono cariche di gauge la carica elettrica, di colore, debole.  

Chiralità 

Proprietà della natura che determina la scelta d'un verso preferenziale, rompendo la simmetria tra destra e sinistra. In natura si osserva tale comportamento nelle interazioni deboli che violano la parità. 

Compattificazione

Processo in cui una dimensione spaziale restringe sempre di più il suo diametro per raggomitolarsi in un microspazio. Nella teoria delle superstringhe i gomitoli di dimensioni, ossia gli spazi di compattificazione, sono gli spazi di Calabi-Yau, spazi a 6 dimensioni, dell'ordine della lunghezza di Planck (10^-33cm). 

Confinamento dei quark

Fenomeno caratterizzante le particelle dotate di una carica di colore(quark), che si troverebbero "imprigionate" negli adroni. Nel momento in cui si cerca di "liberare" una di queste particelle l'energia del campo aumenta e diviene tale da render possibile la formazione di una coppia quark-antiquark. Come risultano uno dei due resterà nel vecchio adrone, ed uno si legherà al quark "strappato" per formare un mesone, impedendone l'isolamento. 

Costante d'accoppiamento 

Numero che indica l'intensità di un data interazione.

D-brane ( Dirichlet p-brane)

Brane su sui terminano altre stringhe.I punti di intersezione sarebbero rivelati come particelle puntiformi. Una D-brana è in grado di assorbire ed emettere altre stringhe. Le brane costituenti i buchi neri risultano esser D-brane, in grado di emettere fasci di stringhe. 

Entropia 

Grandezza che misura il disordine d'un sistema fisico. Per il secondo principio della Termodinamica durante qualsiasi processo l'entropia deve aumentare. 

Entropia d'un buco nero

L'entropia d'un buco nero risulta legata all'area dell'orizzonte degli eventi. Ogni volta che il buco nero "ingurgita" qualcosa l'area dell'orizzonte degli eventi aumenta.

Equazioni di Maxwell

Gruppo di quattro equazioni differenziali che sintetizza i fenomeni elettrici e magnetici. 

Famiglia

Ciascun gruppo in cui sono classificate le particelle elementari. Sono state osservate tre famiglie (e se ne ipotizza al massimo un'altra) ognuna delle quali formata da particelle dello stesso "tipo" ( quark e leptoni), ma con masse crescenti. 

Il nostro universo risulta composto solo di particelle appartenenti alla prima famiglia. 

Fermioni

Particelle con spin semidispari. Sono particelle "solitarie", obbediscono infatti al principio di esclusione di Pauli, per cui non è possibile trovare più particelle con gli stessi numeri quantici ( stesse cariche, stesso spin...) in uno stesso stato energetico. 

In natura sono fermioni le particelle materiali, ossia i quarks ed i leptoni. 

Flop

Processo attraverso cui lo spazio si strappa e si rattoppa tramite sfere contenute al suo interno in grado di contrarsi fino ad un punto, generando il foro, e rigonfiarsi ,chiudendolo. Se le sfere sono bidimensionali (hanno cioè una superficie a 2 dimensioni, come una normale sfera) è sufficiente il foglio d'universo d'una stringa per isolare lo strappo. Le sfere coinvolte nell'origine dei buchi neri sono invece tridimensionali ( hanno cioè una superficie a 3 dimensioni, una di più rispetto allo standard), così una foglio d'universo non avrà dimensioni sufficienti per avvolgerle, e le sfere dovranno esser avvolte da 3-brane. 

Fluttuazioni Quantistiche

Comportamento caotico d'un sistema fisico che si manifesta a scale microscopiche. Secondo il principio di indeterminazione infatti un dato sistema fisico non si trova sempre in una configurazione definita, ma può "oscillare" attraverso diversi stati. Ad esempio per un intervallo Dt sufficientemente piccolo sarebbe possibile "prendere" in prestito dall'universo una quantità  DE di energia, tale che DE*Dt > h/4p dove h è la costante di Planck. In questo modo si creano in continuazione coppie particella-antiparticella, che "vivono" per quell'intervallo infinitesimo concesso per poi annichilarsi. Il vuoto appare così sede di tempeste quantistiche dovuta alla continua formazione ed annichilazione di particelle. 

Foglio d'universo 

Superficie bidimensionale determinata da una stringa che si muove nello spaziotempo. 

Forza debole

Interazione fondamentale alla base dei decadimenti radioattivi, i cui quanti mediatori sono i bosoni W⁺, W^- e Z⁰. La costante d'accoppiamento dell'interazione è dell'ordine di 10^-5.

Intensità della forza debole

La costante d'accoppiamento della forza debole risulta esser a basse energie dell'ordine di 10^-5, quindi la forza dovrebbe esser quasi mille volte più debole dell'elettromagnetica ( con costante 10^-2). Ciò contraddirebbe il modello d'espansione della teoria delle stringhe, secondo cui si sarebbe compattificato prima lo spazio debole. Le costanti forniscono tuttavia una stima  dell' effettiva intensità della forza. In realtà la forza debole è più intensa dell'elettromagnetica, e l'apparente debolezza è dovuta all'elevata massa dei quanti mediatori ( W = 80GeV, Z=91GeV)  che renderebbero "difficoltoso" lo scambio di forze tra particelle. 

Forza elettromagnetica

Forza fondamentale scambiata tra particelle dotate di carica elettrica. I quanti mediatori sono i fotoni, e la costante d'accoppiamento risulta dell'ordine di 10^-2. 

Forza elettrodebole

Interazione in cui risultano unificate la forza debole ed elettromagnetica. Tale unificazione avverrebbe a distanze inferiori alla centesima parte del diametro del protone, ossia dell'ordine di 10^-16cm. 

Forza forte

Interazione fondamentale che lega i quark negli adroni e protoni e neutroni nei nuclei atomici. E' la più forte delle 4 interazioni, con costante d'accoppiamento 1. E' sentita da particelle dotate di carica di colore, ed i quanti mediatori sono i gluoni. 

Forza gravitazionale

La più debole delle 4 interazioni fondamentali, con costante d'accoppiamento dell'ordine di 10^-39. La forza agisce tra particelle dotate di massa ed è sempre attrattiva. Non è inclusa nel Modello Standard. 

GUT

Teoria di grande unificazione, secondo cui a scale dell'ordine di 10^-30cm le 3 forze non gravitazionali dovrebbero unificarsi. 

Ipertoro 

Un ipertoro è una particolare ciambella a più buchi: è caratterizzato non da due soli diametri(principale e trasversale), ma ben quattro, come si nota osservando la sezione trasversale, ognuno dei quali nella teoria delle stringhe risulta correlato ad una particolare interazione. 

Leptoni 

Particelle elementari su cui non agisce la forza forte. In natura il numero leptonico risulta conservato: non si possono quindi nè creare dal nulla nè scomparire leptoni dall'universo. 

Esistono sei leptoni: l'elettrone, il muone, il tauone, con i rispettivi neutrini. 

Macrospazio 

Spazio le cui dimensioni sono ancora in espansione

Meccanica Quantistica

Teoria sviluppatasi nel XX secolo che interpreta i fenomeni che a vengono a scale microscopiche, atomiche e subatomiche. La MQ descrive un mondo dominato dal caso, ed ha dato inizio all'era dei quanti in cui lo spazio che ha perso la sua trama lineare per rivelarsi costituito da tanti microscopici tasselli. Elementi base della teoria i principi di indeterminazione di Heinseberg e la dualità onda-corpuscolo. Tale teoria da molti, tra cui lo stesso Einstein, ritenuta assurda, ha dato inoltre origine a numerosi paradossi. 

Mesoni

Particelle composte formate da un quark ed un antiquark. Sono mesoni i pioni(p⁺ ud)ed i kaoni(K⁺ us).

Metodi perturbativi

Procedimento matematico che consiste nel prender in considerazione da una serie di eventi quelli che risultano aver maggior rilevanza. I risultati sono approssimati e divengono sempre più precisi aumentando il numero di eventi che si prendono in considerazione. Tali procedimenti non possono esser applicati a tutte le teorie ma solo a quelle teorie in cui la "serie" in questione ha un andamento decrescente, per cui la somma dei termini iniziali è molto vicina alla somma totale. Ciò avviene quando le costanti d'accoppiamento hanno basso valore. 

Microspazio 

Spazio in cui sono compattificate dimensioni che hanno arrestato la propria espansione. 

Modello Standard

Teoria matematica che descrive i meccanismi d'azione delle 3 interazioni non gravitazionali(forte, debole ed elettromagnetica)  tra le particelle presenti in natura. Il Modello Standard ha ottenuto negli ultimi decenni ampissima conferma sperimentale. 

Modello Cosmologico Standard

Modello che spiega l'evoluzione del nostro universo, basandosi sulla teoria del Big Bang unita al Modello Standard delle particelle elementari. 

Orizzonte degli eventi 

Zona di demarcazione oltrepassata la quale si "entra" nel raggio d'azione d'un buco nero, essendo catturati dall'elevatissima attrazione gravitazionale,da cui non si può più uscire.

Parità 

Simmetria discreta tra destra e sinistra. Le interazioni deboli violano la parità, nei decadimenti si nota infatti un verso di emissione preferenziale. 

Particella materiale

Costituenti ultimi della materia che ci circonda: sono particelle materiali i quarks ed i leptoni. Le particelle materiali hanno natura fermionica, e nell'ambito delle particelle previste dal modello standard spin pari a 1/2. 

p-brana

Oggetto previsto dalla teoria esteso in p dimensioni. Una membrana,caratterizzata da lunghezza e larghezza, è una 2-brana. Una stringa che ha solo la lunghezza, è una 1-brana.

Quanto mediatore

Particella attraverso cui viene trasmessa una forza. I quanti mediatori hanno natura bosonica e sono noti anche come "bosoni di gauge". I quanti mediatori della forza elettromagnetica sono i fotoni, della debole i bosoni W⁺, W^- e Z₀, della forte i gluoni, e sono caratterizzati da spin pari a 1. I quanti della forza gravitazionale, sebbene non inquadrata nel MS, sono i gravitoni ed hanno spin 2.

Quark

Particella elementare portatrice della carica di colore, in grado cioè di "sentire" la forza forte. In natura esistono 6 quarks,ordinati in doppietti di massa crescente: up/down, charm/strange, top/bottom.

Radiazione di Hawking

Radiazione emessa dai buchi neri. 

Stephen Hawking ha dimostrato che nei processi di materializzazione di coppie di fotoni (fluttuazioni quantistiche)  in prossimità d'un orizzonte degli eventi, una particella potrebbe ricadere nel raggio d'azione del buco nero, e venir quindi risucchiata, mentre l'altra sarebbe fatta schizzare via. I fasci di tali particelle sarebbero rilevati come radiazioni emesse. 

Le radiazioni emesse sarebbero legate da una relazione diretta alla temperatura del buco nero, che risulta esser tanto più alta quanto più piccola è la massa. Poichè emettendo radiazioni la massa d'un buco nero diminuisce (il buco nero "evapora") la sua temperatura aumenta. Il processo di evaporazione ha termine con un'esplosione finale. 

Nell'ambito della teoria delle stringhe le radiazioni sono interpretate come fasci di stringhe emesse dalle brane, che risulterebbero esser D-brane, costituenti il buco nero. 

Relatività Generale

Teoria  einsteniana in cui la forza di gravità viene interpretata come curvatura dello spaziotempo.   

Rottura spontanea di simmetria

Processo in cui equazioni simmetriche portano a soluzioni asimmetriche. Un esempio di rottura spontanea di simmetria è la parabola dell'asino di Buridano: l'asino è posto al centro di una circonferenza lungo cui sono disposti ad ugual distanza dei mucchi di fieno. La configurazione del sistema è simmetrica: l'asino potrebbe scegliere qualsiasi mucchio, dovrebbe quindi morire di fame nell'indecisione, ma proprio la fame lo porta a scegliere un mucchio ed a rompere in questo modo la simmetria iniziale. 

Simmetria

Proprietà di un sistema fisico che resta invariante in seguito a determinate trasformazioni. 

Singolarità 

Punto di densità infinita in cui è concentrata tutta la massa d'un buco nero. Lo spazio tempo che circonda la sigolarità è vuoto e diviso in due parti dall'orizzonte degli eventi: una esterna in cui non si è sotto l'azione del campo gravitazionale, ed una interna in cui si è intrappolati dall'attrazione gravitazionale. 

Spazio Interno 

Spazio immaginario previsto da alcune teorie.

Spazi di Calabi-Yau

Gli spazi di CY sono una particolare classe di spazi a 6 dimensioni provenienti dalla matematica e che nelle teorie delle superstringhe svolgerebbero il ruolo di "gomitoli dimensionali". 

Spaziotempo 

Le dimensioni spaziali del nostro universo sono 3. Ogni oggetto che si sviluppa nello spazio può avere, infatti, al massimo 3 dimensioni:un'altezza, una larghezza ed uno spessore, e noi possiamo muoverci in 3 direzioni:avanti-indietro, destra-sinistra, su-giù. Ci muoviamo continuamente però anche in una quarta dimensione: il tempo, per un viaggio di non-ritorno. Nella Relatività Ristretta lo spazio ed il tempo vengono unificati nello spaziotempo a 4 dimensioni. 

Spin

Moto di rotazione  posseduto da tutte le particelle. A differenza di ciò che accade nel "nostro mondo" in cui un corpo privo di estensione non può possedere un moto rotatorio, lo spin è una caratteristica di tutte le particelle puntiformi, sebbene possa assumere valori differenti. 

Secondo i principi della Meccanica quantistica lo spin è presente solo in quantità definite, multipli interi o semidispari della costante di Planck razionalizzata ( h/2p)  . 

Particelle con spin intero sono definite bosoni, e svolgono il ruolo di quanti mediatori, particelle con spin semidispari sono fermioni, ed in natura sono particelle materiali. 

Superpartner

Particella supersimmetrica associata ad ogni particella presente in natura,distinguibili solo per i rispettivi spin, che  differirebbero di mezza unità. 

I superpartner dei bosoni, che in natura sono quanti mediatori ed hanno essenzialmente spin 1, sono fermioni con spin 1/2  e vengono indicati col suffisso -ino: fotino, wino, zino..., quelli dei fermioni, che in natura sono particelle materiali ed hanno principalmente spin 1/2, sono bosoni con spin 0, e sono indicati preponendo una s al nome della particella corrispondente: squark, sleptoni... 

In realtà tale simmetria non sarebbe perfetta, in quanto i superpartner risulterebbero avere una massa molto più eleva rispetto alle particelle "normali". Per questo motivo non sarebbero ancora stati osservati sperimentalmente.

 Superstringa

Stringa supersimmetrica vibrante in 10 dimensioni. Una superstringa è in grado di vibrare particelle sia bosoniche che fermioniche. 

Stringa bosonica 

Stringa vibrante in 26 dimensioni particelle unicamente bosoniche. Tra queste risultano presenti anche i tachioni, che creano problemi nell'ambito della teoria.  

Tachioni

Secondo la Relatività Ristretta la velocità della luce(c) rappresenta il limite massimo per il moto di un corpo senza ricadere nell'assurdo. 

Esisterebbero tre classi di oggetti: 1)quelli che si muovono ad una velocità sempre inferiore a c, 2)quelli che si muovono con una velocità sempre uguale a c, 3) quelli che si muovono con una velocità sempre superiore a c.

 1)Alla prima classe appartengono i corpi ordinari, caratterizzati da una massa a riposo (al quadrato) positiva. Secondo le equazioni della relatività la massa di un oggetto dovrebbe aumentare all'aumentare della sua velocità, e divenire infinita alla velocità della luce. Sarebbe necessario un quantitativo d'energia infinita quindi per accelerare un corpo a tale velocità, ma non essendo disponibile un "fornitore" nell'universo, i corpi ordinati sono confinati nelle zone al di sotto di c. 

2)Alla seconda classe appartengono i corpi senza massa, quali i fotoni, aventi massa nulla,che viaggiano sempre alla velocità della luce.

3)Alla terza classe i tachioni, oggetti caratterizzati da una massa  a riposo( al quadrato) negativa. Tale valore risulta effettivamente assurdo,da qui l'incoerenza prevista dalla teoria, ma secondo le equazioni tale valore sarebbe misurabile solo se il corpo si fermasse. Un tachione però non si può mai fermare, al contrario deve viaggiare sempre ad una velocità superiore a quella della luce: c rappresenta il limite minimo a cui può tendere. L'esistenza di tachioni renderebbe tuttavia instabile la materia, e creerebbe problemi nell'ambito delle teorie che li prevederebbero (come accade con la teoria bosonica di stringa). 

Teoria delle matrici

Formulazione dell'M-teoria in cui sarebbero presenti solo 0-brane( ossia particelle puntiformi) le cui coordinate spaziotemporali sono espresse da matrici anziché da numeri. 

TOE

Acronimo per Theroy of Everything ( Teoria del Tutto), ipotetica teoria quantistica in grado di riunire in un'unica formulazione tutte le particelle elementari e le 4 interazioni fondamentali presenti in natura. 

La teoria delle stringhe, e soprattutto il suo ultimo sviluppo, ossia L'M-teoria, si candidano con buone credenziali a questo titolo. 

Topologia

Ramo della matematica che studia le proprietà degli enti geometrici che non cambiano in seguito a trasformazioni in cui non  avvengono strappi o connessioni, e li classifica in gruppi. 

Possiamo ottenere una sfera da un cubo semplicemente smussando gli spigoli: apparterranno quindi allo stesso gruppo topologico. 

Per ottenere una ciambella da un cilindro bisogna invece connettere gli estremi liberi: apparterranno quindi a due gruppi topologici distinti. 

Toro e ciambella

Un toro è la a superficie bidimensionale di una ciambella. Sebbene una ciambella sia un solido a 3 dimensioni, riferendosi alla sola superficie esterna può esser pensata come una superficie a 2 dimensioni. 

Vibrazioni uniformi 

Moti di una stringa in cui questa non oscilla. 

Unificazione delle 4 interazioni

Obiettivo ultimo nello studio delle forze fondamentali. Tale unificazione non è prevista nel Modello Standard, in cui la forza di gravità non è inclusa, ma studi nell'ambito dell'M-Teoria farebbero sperare in un futuro successo, supportato da tecniche matematiche non ancora disponibili .