Lezione: Interazioni Fondamentali e Gravità Quantistica

Interazioni Fondamentali

• Interazioni trattate:
  • Elettromagnetica
  • Nucleare forte
  • Nucleare debole
  • (Gravitazionale - non trattata precedentemente)
• Descrizione tramite la teoria quantistica dei campi.
• Sfida del passaggio da microscopico a macroscopico.
• Meccanica statistica quantistica come ponte tra quantistica e classica.

Gravità Quantistica

• Problemi con la gravità quantistica:
  • Teoria fisica che cerca di descrivere l'interazione gravitazionale quantisticamente.
  • La relatività generale descrive la gravità come curvatura dello spazio-tempo, non quantisticamente.
  • Obiettivo: includere la gravità nella teoria quantistica dei campi.
  • Problema di non rinormalizzabilità quando si tenta di quantizzare la gravità.

Caratteristiche ipotetiche dei Gravitoni

• Massa: 0
• Spin: 2
• Campo tensoriale anziché vettoriale.

Teorie alternative e approcci

• Teoria quantistica dei campi su spazio-tempo curvo:
  • Usa spazio-tempo curvo per analizzare campi quantistici.
  • Problema: curvatura prefissata, manca dinamica quantistica del campo gravitazionale.
  • Radiazione di Hawking come esempio di risultati ottenuti.
• Differenze con la teoria quantistica dei campi:
  • La relatività generale è indipendente dallo sfondo (non richiede uno spazio-tempo prefissato).
  • La teoria quantistica dei campi richiede uno spazio-tempo piatto di sfondo.

Tentativi di Integrazione

• Ricerche in corso per rendere la teoria quantistica dei campi indipendente dallo sfondo.
• Altri approcci:
  • Supersimmetria applicata alla relatività generale (supergravità).
  • Teoria delle stringhe.
  • Gravità quantistica a loop.

Gravità Quantistica a Loop

• Descrizione dello spazio come oggetto quantistico.
• Utilizzo di operatori di area e volume.
• Mancanza di una trattazione del tempo come oggetto quantistico.

Importanza dello Sviluppo di una Teoria di Gravità Quantistica

• Unione delle quattro interazioni fondamentali per comprendere completamente l'universo.
• Potenziali applicazioni in fisica astrofisica e nei futuri esperimenti ad alta energia.
• Contributo della gravità alla struttura e espansione dell'universo, energia del vuoto, e effetto Casimir.

Conclusione

• Necessità di continuare la ricerca per scoprire nuove teorie e applicazioni.
• Le teorie sviluppate possono trovare applicazioni in altri campi come informatica, medicina e economia.