Il Modello Standard della fisica quantistica suddivide le particelle elementari che compongono il nostro universo. Il modello le suddivide in famiglie e ipotizza l’esistenza di altre componenti, se il quadro complessivo ne risulta più completo.
Un esempio è l’esistenza del Bosone di Higgs, prima ipotizzata all’interno del modello e successivamente scoperta dai ricercatori. Seguendolo, andremo alla scoperta della Quinta Dimensione…
Iniziano i problemi…
Prima di stabilire se esiste la quinta dimensione, occorre chiarire perché il Modello Standard appare, su certi punti, essere in contrasto con le verifiche sperimentali. È ciò che sta accadendo adesso e che ha portato i ricercatori a immaginare una “nuova fisica” che sembra in procinto di nascere.
Uno degli esempi di questi contrasti è data dalla massa dei neutrini. Da un punto di vista teorico, questa famiglia di particelle non dovrebbe possedere una massa. In realtà, è stato verificato al livello sperimentale, con un elevato grado di certezza, che i neutrini possiedono una massa.
Altro aspetto rilevante è costituito dalla “rivalità” tra la relatività generale, la meccanica quantistica e la teoria della gravitazione.
Noi sappiamo che l’intero Universo e il suo funzionamento poggiano su quattro forze fondamentali:
- la forza gravitazionale, scoperta da Newton;
- l‘interazione nucleare forte, che tiene insieme il nucleo degli atomi;
- l‘interazione nucleare debole, legata a fenomeni di decadimento radioattivo;
- la forza elettromagnetica, tanto studiata e conosciuta.
Proprio la forza che, a primo impatto, ci appare più naturale, la forza gravitazionale, risulta esclusa dal Modello Standard.
Rispetto a quest’ultimo punto, c’è anche un problema di “scale”. La forza gravitazionale, forte abbastanza da attrarre oggetti come le stelle e i pianeti, è in realtà infinitamente più debole della forza nucleare forte.
Esprimendo tale differenza sotto forma di rapporto, il numero che viene fuori è un 1 seguito da 39 zeri.
Antimateria, simmetria e materia oscura
C’è, poi, il problema dell’antimateria.
Secondo il Modello Standard, all’origine dell’Universo la quantità di materia e di antimateria presenti avrebbero dovuto essere equivalenti tra loro.
Di fatto, ciò che noi oggi osserviamo è che l’antimateria, rispetto alla materia, è davvero poca (per il bene della nostra stessa sopravvivenza!).
Per aggiungere carne al fuoco, c’è anche la questione della supersimmetria, ovvero contemplare l’esistenza di un mondo di particelle speculari a quelle conosciute e simmetriche tra loro, e quello della materia oscura.
L’86% della materia che ritroviamo nello spazio è, infatti, assimilabile a una tipologia a noi del tutto sconosciuta che non sembra interagire in alcun modo con ciò con cui abbiamo familiarità.
Il Modello Standard, per quanto riguarda la materia oscura, tace. Eppure, sappiamo per via sperimentale che tale materia influisce sugli effetti gravitazionali osservati dai ricercatori.
Per motivare l’assenza, è stata proposta una modifica al modello classico, ponendo l’esistenza di dimensioni aggiuntive che non entrano mai in contatto con noi e che risulterebbero, secondo gli scienziati, arrotolate su scala microscopica.
Ed è qui che è entra in gioco l’esistenza di una quinta dimensione.
Un portale per la quinta dimensione
Questa idea fa nascere il concetto di brana (abbreviazione di “membrana”).
Secondo questa interessante teoria, il nostro universo a tre dimensioni sarebbe semplicemente una “brana” immersa in uno spaziotempo a più dimensioni detto bulk.
Per spiegare il divario di grandezza tra le quattro forze fondamentali, si suppone che le tre confrontabili tra loro (nucleare forte, nucleare debole ed elettromagnetica) siano agganciate a questa brana. La quarta, la forza gravitazionale, sconfina invece nel bulk.
Tale idea ha dei risvolti affascinanti: spiegherebbe, infatti, sia il Big Bang, in quest’ottica null’altro che uno scontro da due brane diverse, che l’influenza gravitazionale misteriosa della materia oscura, eco di forze provenienti da altre brane confinanti con la nostra.
In questo modello, inoltre, la forza gravitazionale assumerebbe valori così piccoli rispetto alle altre forze poiché, non essendo esclusiva della nostra brana, parte della sua forza andrebbe disperdendosi in altri universi… Le teorie più recenti, che partono da un sotto-modello del Modello Standard definito Mondo a Cinque Dimensioni, postulano l’esistenza di una particella simile al Bosone il fermione, ma molto più pesante.
I fermioni sarebbero, in realtà, una famiglia di particelle a cui apparterrebbero, secondo la teoria, anche i costituenti del nucleo atomico: neutroni e protoni.
Gli ultimi sviluppi della teoria sembrano suggerire l’esistenza di un fermione “oscuro” il cui ruolo è quello di mediatore tra la forza delle particelle elementari conosciute e la materia oscura.
Fungerebbe, insomma, da “portale extradimensionale” tramite il quale, con i mezzi che della scienza, poter far luce sull’origine e i misteri di un Universo ancora da scoprire.
Altri collegamenti
Per saperne di più: https://epjc.epj.org/articles/epjc/abs/2021/01/10052_2021_Article_8851/10052_2021_Article_8851.html
Per altri contenuti simili: https://centroitacina.com/le-olimpiadi-sulla-luna/