Mercoledì 18 marzo presso il Dipartimento di Fisica alla Sapienza di Roma, si è svolta la celebrazione dello studio del fisico delle particelle David Benjamin Kaplan. Per il suo innovativo esperimento di cui si parlerà a breve, in tale cerimonia è stato conferito a Kaplan il premio Felice Pietro Chisesi e Tomassoni Prize, assegnato dalla fondazione Roma Sapienza in collaborazione con la facoltà di fisica Guglielmo Marconi.
Conosciamo un po’ il nostro scienziato e la sua scoperta…
David B. Kaplan nasce negli Stati Uniti nel 1958 e, dopo aver conseguito una laurea in fisica nel 1991 presso l’università di Berkley in California, ottenne un master sempre in fisica all’università di Washington nel 1996 e un Dottorato nel 1999.
La sua scoperta discussa nella cerimonia di mercoledì, è stata intitolata “A common thread in particle and condensed matter phisics”- sulla chiralità della materia topologica e il Modello Standard. Nello specifico, va a riguardare un esperimento di simulazione dei fermioni (particelle fisiche) del lattice. (Kaplan ci ricorda che, è a Louis Pasteur, chimico e microbiologo francese dell’Ottocento, a cui si deve l’invenzione del campo della chimica chirale)!
Kaplan, dopo una presentazione generale della simmetria chirale nel continuo, ha esaminato le invarianze chirali sul reticolo, con un’analisi sul problema di sovrapposizione di fermioni nella formulazione di Ginsparg-Wilson sul reticolo (Teoria di Gauge). Per “chirale”, si intende una particella con 4 sostituenti diversi,
La ricerca di Kaplan concerne sia il ramo della fisica teorica che quella sperimentale, ma non solo: il suo studio connette varie aree della fisica, soprattutto quella nucleare (solo in parte però, poiché in questo studio vengono utilizzate scale di grandezza inferiori rispetto alle normali scale della fisica nucleare). Il suo studio, finanziato da un’industria vinicola americana, nasce dall’idea di voler comprendere le cause che portano al deterioramento del vino.
Perché egli si concentra proprio sulla chiralità dei fermioni?
Kaplan ci fornisce tre rilevanti motivazioni:
. La chiralità è conservata per i fermioni senza massa
. La conservazione della chiralità corrisponde alla simmetria
. Una massa per i fermioni rompe tale simmetria
Ciò è importante perché il Modello Standard richiede esattamente le simmetrie chirali per arrivare ad una soluzione!
Però, allo stesso tempo, la teoria quantistica dimostra che ci sono campi infiniti che possono essere domati solo imponendo una scala di massa sui fermioni per troncare questo numero infinito di stati quantistici (e far sì che in tal modo la scala di massa rompa la chiralità).
Per cui per il suo studio, Kaplan, parte proprio ad esaminare questa intrinseca tensione che c’è tra le due problematiche contraddittorie sovraesposte.
Egli ci dice che è necessario riflettere sulla questione della parità della conservazione nelle interazioni deboli: Kaplan è infatti arrivato a dedurre, che sono le particelle chirali LH a partecipare nelle interazioni deboli (non le RH)! Nella scala di grandezza utilizzata per analizzare le particelle chirali, le LH sono le particelle che tendono a scendere, mentre quelle RH tendono a salire.
Ma con ciò, non si è ancora risolto il problema della simmetria chirale. Per cui, bisogna innanzitutto capire, che in queste particelle chirali, gioca un ruolo fondamentale la loro speciale relatività sommata alla meccanica quantistica.
Alla fine, la chiave del problema riguardante la simmetria chiarale risiede nella PERIODICITA’ della relazione di dispersione.
Per concludere, il modello che veniva prima preso in considerazione (sempre in relazione al lattice ovviamente) era quello delle dimensioni 1+1: invece Kaplan, è arrivato a sostenere il modello delle 4 e 5 dimensioni per risolvere tale problema! Lui l’ha chiamato il 4-d e 5-d boundary theory.
Ecco il grande interrogativo con cui il fisico termina l’evento: “Adesso per calcolare il modello standard dei fermioni si usa un trucco computazionale che sembra essere molto promettente. Potrebbero essere le cosiddette dimensioni extra a costituire la vera fisica sottostante al modello standard?”