Due fisici finlandesi propongono una teoria che potrebbe unificare tutte le forze fondamentali della natura, aprendo la strada a una possibile “teoria del tutto”
Per la prima volta, un gruppo di ricercatori è riuscito a proporre una teoria quantistica della gravità compatibile con il Modello Standard della fisica delle particelle. A firmare questa svolta sono Mikko Partanen e Jukka Tulkki dell’Università Aalto in Finlandia, che hanno pubblicato il loro lavoro su Reports on Progress in Physics. Il loro obiettivo è ambizioso: trovare una descrizione unitaria che metta d’accordo due pilastri incompatibili della fisica moderna—la meccanica quantistica e la relatività generale di Einstein. Questo risultato rappresenta un passo importante verso la cosiddetta “teoria del tutto”, un sogno inseguito da generazioni di scienziati. Secondo Partanen, “se questo porterà a una teoria completa del campo quantistico della gravità, potrà aiutarci a capire problemi complessi come le singolarità nei buchi neri e l’origine dell’universo con il Big Bang”.
La gravità, così come formulata da Einstein, è ancora oggi alla base della tecnologia moderna: persino il GPS nei nostri smartphone funziona grazie a questa teoria. Ora, però, l’approccio proposto dagli studiosi finlandesi apre nuove possibilità anche per il mondo dell’applicazione pratica. E, come ogni svolta teorica in fisica, potrebbe avere in futuro impatti impensabili sulla nostra quotidianità.
Gravità come campo quantistico: cambia il paradigma
Il punto di svolta della teoria è l’aver descritto la gravità attraverso una teoria di gauge, ovvero un modello matematico dove le interazioni tra particelle avvengono tramite un campo. “Il campo di gauge più noto è quello elettromagnetico: le particelle cariche interagiscono attraverso di esso”, ha spiegato Tulkki. Con questa stessa logica, anche le particelle dotate di energia possono interagire tramite il campo gravitazionale quantistico.
Simmetrie compatibili col Modello Standard
Uno dei problemi che hanno ostacolato finora la costruzione di una teoria quantistica della gravità è proprio la difficoltà di trovare una simmetria compatibile con le tre altre forze fondamentali: l’elettromagnetismo, la forza nucleare forte e quella debole. “L’idea centrale è avere una teoria della gravità con una simmetria simile a quella del Modello Standard, invece di basarsi sulla simmetria dello spaziotempo della relatività generale”, ha affermato Partanen.
Nuove frontiere per comprendere l’universo primordiale
La gravità quantistica, secondo i due ricercatori, è indispensabile per studiare fenomeni con campi gravitazionali molto intensi e alte energie, come quelli che si verificano vicino ai buchi neri o nei primi istanti dopo il Big Bang. Le teorie attuali non sono più sufficienti in quei contesti. “Ci serve una teoria quantistica della gravità per capire cosa succede dove la relatività generale non basta”, ha sottolineato Partanen.
Le due teorie fondamentali, la relatività e la meccanica quantistica, descrivono mondi diversi – uno macroscopico, l’altro subatomico – eppure entrambe sono state verificate sperimentalmente con altissima precisione. Il problema è che non possono coesistere nella forma attuale, ed è proprio per questo che una teoria come quella sviluppata all’Università Aalto è così attesa dalla comunità scientifica.
Ancora senza dimostrazione completa, ma promettente
Serve la prova del processo di rinormalizzazione
Nonostante il grande potenziale, la teoria non è ancora completa. I due autori spiegano che manca la dimostrazione definitiva di un passaggio matematico fondamentale: la rinormalizzazione, necessaria per eliminare le “infinite soluzioni” che compaiono nei calcoli. “Finora abbiamo mostrato che funziona per i termini di primo ordine, ma dobbiamo dimostrare che funziona anche per gli ordini superiori”, ha detto Tulkki.
Aperta alla comunità scientifica internazionale
Per questo motivo, i ricercatori hanno deciso di rendere pubblico lo studio in modo che altri scienziati possano verificarlo e contribuire al suo sviluppo. “Non so dire quando accadrà, ma sono convinto che nei prossimi anni ne sapremo molto di più”, ha dichiarato Partanen. “Come è avvenuto con la relatività e la meccanica quantistica, speriamo che anche la nostra teoria apra nuovi percorsi per la scienza”, ha concluso.
Un passo in avanti verso la “teoria del tutto”
Nel mondo della fisica, esiste un obiettivo quasi mitologico: trovare una descrizione coerente e unificata di tutte le forze fondamentali della natura. Questo nuovo modello di gravità quantistica, basato su simmetrie simili a quelle del Modello Standard, potrebbe essere uno dei candidati più promettenti. Come sottolinea lo stesso Partanen, “alcune domande fondamentali della fisica rimangono ancora aperte, come il motivo per cui nell’universo visibile c’è più materia che antimateria”. E forse, con questa nuova teoria, la scienza si sta avvicinando a risposte che sembravano fuori portata.
