Uno dei
grossi problemi della Teoria delle Superstringhe, in tutte le sue varie
versioni, consiste nel fatto che esso prevede l'esistenza dei tachioni,
una delle particelle più famose ma anche più introvabili dell'intera Fisica di
Domani. Il suo nome deriva dal greco "tachýs", "veloce", perchè con questo
nome si indica un corpuscolo in grado di viaggiare più veloce della luce.
Una spiegazione molto chiara di queste misteriose entità viene fornita nel
film "K-PAX - Da un altro mondo", film del 2001 diretto dal britannico
Iain
Softley e tratto da una serie di romanzi dell'americano
Gene Brewer (1937-).
In esso la polizia arresta in aeroporto uno sconosciuto (interpretato dal
chiacchierato Kevin Spacey) che dice di chiamarsi Prot e di provenire da
K-PAX, un pianeta
situato nella costellazione della Lira. Il misterioso individuo viene
rinchiuso in una clinica psichiatrica di Manhattan per essere curato dal
rinomato dottor Mark Powell (interpretato da Jeff Bridges). Il fatto strano
è che Prot è estremamente convincente e dimostra di possedere conoscenze
astrofisiche fuori dal comune. Naturalmente il dottor Powell domanda al
sedicente alieno come ha fatto a giungere sulla Terra da K-PAX, e lui
risponde: « Naturalmente, viaggiando più veloce della luce. »
La
teoria delle stringhe



L'affannosa ricerca di una "Teoria
del Tutto", in grado di spiegare tutte le particelle esistenti
nell'universo e tutti i tipi di interazione tra di esse attraverso un'unica
geniale ed elegante formulazione matematica ha partorito quella che è una delle
ipotesi più intriganti e, allo stesso tempo, più difficili ed astruse
dell'intera storia dell'umanità: la  Teoria delle
Stringhe. Ad essa vogliamo dedicare questa lezione.

Si è detto in una precedente lezione che, nelle teorie modellate su quella di Kaluza-Klein, le
particelle possono essere associate alla quinta dimensione spaziale
"arrotolata". Infatti, secondo la Meccanica Quantistica, ogni
particella può essere considerata anche come un'onda; per questo motivo, se
qualche onda stazionaria è contenuta esattamente nella circonferenza del
minuscolo "cerchio" avvolto lungo il nanocilindro o lungo le ipersfere,
la corrispondente particella dovrebbe poter esistere nel comune spazio-tempo
tetradimensionale. Ma allora, perchè non eliminare sfere e cilindri, e
limitarsi a considerare la circonferenza vibrante, o anche solo una parte di
essa? Nascono così nuove supposte entità fisiche, le stringhe
appunto: delle minuscole cordicelle monodimensionali che esistono in uno spazio
multidimensionale. Ad ogni possibile modo vibrazionale di questi oggetti,
corrispondono altrettante particelle. La dimensione tipica di ogni stringa è approssimativamente
dell'ordine della lunghezza di Planck), ossia circa 10–35
metri.
La modalità di vibrazione determinano massa,  carica e
spin delle particelle; ovviamente i suoi
sostenitori sperano che lo studio di queste vibrazioni possa condurre ad una
Teoria del Tutto, quantizzando tutte le forze fondamentali inclusa la gravità. Questa teoria è estremamente
affascinante, poiché ricorda da vicino un famosissimo brano del "Silmarillion",
la grande saga mitologica ideata dal sudafricano John
Ronald Reuel Tolkien (1892–1973), nel quale si racconta che il mondo fu
creato proprio da una canzone, l'Ainulindalë
("La Musica degli Ainur"), intonata dagli Ainur ("i Primi", cioè
gli déi) sotto la direzione di Ilúvatar, l'Essere
Supremo:

«
Nel principio Eru, l'Uno, che nella lingua elfica è detto Ilúvatar, creò gli Ainur dalla propria mente; e gli Ainur intonarono una Grande Musica al suo cospetto. In tale Musica, il mondo ebbe inizio, poiché Ilúvatar rese visibile il canto degli
Ainur, e costoro lo videro quale una luce nell'oscurità. E molti di loro si innamorarono della sua bellezza e della sua vicenda che videro cominciare e svolgersi come in una visione. Per tale ragione Ilúvatar
conferì Essere alla loro visione, e la collocò in mezzo al Vuoto, e il Fuoco Segreto fu inviato ad ardere nel cuore del Mondo; e questo fu chiamato
Eä.
»

La teoria delle stringhe prende le mosse da un articolo
scritto dal fisico fiorentino Gabriele Veneziano (1942-) per spiegare le peculiarità del comportamento degli adroni: durante gli esperimenti condotti con gli acceleratori di particelle, i fisici avevano osservato che lo spin di un adrone non è mai maggiore di un certo multiplo della radice della sua energia. Nessun semplice modello adronico, come ad esempio quello che li considera composti da una serie di particelle più piccole legate da un qualche tipo di forza, spiega tali relazioni. Nel 1968 Veneziano, allora ricercatore presso il CERN di Ginevra, intuì che una formula matematica denominata
Funzione Beta di Eulero, ideata 200 anni prima dal matematico svizzero
Leonhard Euler
(1707-1783), forniva informazioni importanti per i suoi studi sull'interazione forte, senza però spiegare la
correlazione. Nel 1970 il giapponese Yōichirō Nambu
(1921-2015), il danese Holger Bech Nielsen (1941-) e
l'americano Leonard Susskind (1940-) tentarono di darne una spiegazione
rappresentando la forza nucleare attraverso stringhe vibranti ad una sola
dimensione: una descrizione però le cui predizioni contraddicevano i risultati
sperimentali. La comunità scientifica perse quindi interesse per la teoria.

Tuttavia nel 1974 l'americano John Henry
Schwarz (1941-) e
il francese Joël Scherk (1946-1980), e indipendentemente
il nipponico Tamiaki Yoneya (1947-), studiarono i modelli con caratteristiche da messaggero della vibrazione
delle stringhe, e si accorsero che le loro proprietà combaciavano esattamente con le particelle mediatrici della forza gravitazionale, i
famosi gravitoni. Questo condusse allo sviluppo della
teoria delle stringhe bosonica, secondo cui ogni stringa può vibrare in molti modi diversi, e che ogni stato di vibrazione rappresenta un tipo diverso di particella. La massa di cui è dotata la particella, e i vari modi in cui
essa può interagire, sono determinati dai modi in cui la stringa vibra (o, per
dirla con Tolkien, dalla nota che la stringa vibrando produce). La scala delle
vibrazioni, ad ognuna delle quali corrisponde una particella, è denominata
spettro energetico della teoria.
Sarebbero possibili sia stringhe aperte, con due estremità definite e distinte,
sia stringhe chiuse a formare un anello. In questa
rivoluzionaria visione del mondo, i fantomatici preoni
non sono più necessari: anziché composti di particelle più piccole ed
inafferrabili, quark, leptoni e particelle di gauge risulterebbero dai modi di
vibrazione di infinitesime cordicelle. Cadrebbe così anche uno dei principali
difetti dei modelli a preoni: quark e neutrini non
sarebbero composti dalle stesse particelle nonostante le enormi differenze fra
di loro, ma modi molto diversi di vibrare delle stesse stringhe!



Secondo
questa teoria, i famosi diagrammi di Feynman si
trasformano in cilindri deformati che vengono
"spazzati" dalle stringhe. Quando due stringhe entrano in collisione, si
congiungono e formano una terza stringa: in altre parole, due cilindri si
congiungono a formare un terzo cilindro. Non si può però precisare l'istante
esatto in cui due stringhe si congiungono, perchè la definizione della
coordinata temporale di un punto dell'universo dipende dall'osservatore. Quando
le stringhe si separano e si ricongiungono, nei cilindri resta un "buco";
naturalmente, nei calcoli quantistici si devono considerare tutte le possibili
rotture e giunzioni esistenti tra lo stato iniziale e lo stato finale delle
stringhe. Le proprietà topologiche di questi "cilindri" sono oggetto di ricerca
e sono correlati a parecchi (difficilissimi) settori della Matematica moderna.

Come appaiono i diagrammi di Feynman nella teoria delle stringhe

Come
appaiono i diagrammi di Feynman nella teoria delle stringhe

Purtroppo la teoria
delle stringhe bosonica presenta vari problemi. Essa ha una peculiare instabilità, portando al decadimento dello
spazio-tempo stesso. In più, come il nome suggerisce, lo spettro di particelle contiene solo
bosoni. Gli studi su come una teoria delle stringhe debba includere i fermioni nel suo spettro conducono
di nuovo alla supersimmetria. La versione della teoria delle stringhe che include
vibrazioni fermioniche,
elaborata dai francesi Pierre Ramond (1943-) e
André Neveu (1946-) e dall'americano
Melvin Schwartz (1932-2006),
è conosciuta come Teoria delle Superstringhe, e ne sono state sviluppate parecchie
versioni diverse. Negli anni ottanta del XX secolo i Fisici compresero che la teoria delle
superstringhe avrebbe potuto descrivere tutte le particelle elementari e le loro interazioni, e
la considerarono come l'idea più promettente per arrivare ad unificare tutta la fisica:
è quella che va sotto il nome di Prima Rivoluzione delle Superstringhe.
Non vi è praticamente alcun fisico delle particelle che, almeno per un certo
periodo della propria carriera, non si sia occupato delle superstringhe, tanto
da far ritenere che essa fosse la teoria che più "andava di moda"
nell'ultimo scorcio del secolo scorso.

La
differenza principale tra la teoria delle stringhe e quella della
supergravità consiste nel modo in cui si deve contare il numero di particelle
da esse previsto. Se le sette dimensioni in più della supergravità non fossero arrotolate
entro un'ipersfera dell'ordine di grandezza della scala di Planck, la supergravità ad
undici dimensioni prevedrebbe un numero di particelle finito, mentre la
compattazione in quello spazio ristretto dà vita ad un numero infinito di particelle:
già la vecchia teoria pentadimensionale di Kaluza-Klein prevede una serie infinita di particelle
perchè sono infinite le possibili configurazioni ondulatorie stazionarie lungo
la quinta dimensione circolare. Invece, nella teoria delle supercorde si prevede un numero infinito di particelle anche senza compattazione delle dimensioni
ulteriori, giacché esse corrispondono al numero infinito di configurazioni ondulatorie che possono
avvenire sulle corde, esattamente come gli accordi degli Ainur secondo Tolkien
diede vita all'infinità delle meraviglie dell'universo!

Un'altra
caratteristica importante della teoria delle stringhe è che essa predice il
numero di dimensioni che l'Universo dovrebbe avere. Né la teoria
dell'elettromagnetismo classico di Maxwell né la teoria della relatività di
Einstein dicono nulla circa il numero delle dimensioni; invece la teoria delle
stringhe consente di calcolare tale numero perché il
principio di invarianza di Lorentz può essere soddisfatto solo in un
certo numero di dimensioni: che se misuriamo la distanza fra due punti e poi
ruotiamo il nostro osservatore di un certo angolo e la misuriamo di nuovo, la
distanza osservata rimane la stessa solo se l'universo ha un ben preciso numero
di dimensioni. Le dimensioni extra che non vengono osservate nel mondo che ci
circonda si considerano arrotolate in figure estremamente complesse dette
Spazi di Calabi-Yau, ed associate ad ogni punto
dello spazio-tempo. Tali spazi prendono nome dal matematico italiano
Eugenio Calabi (1923-) e dal suo collega cinese
Shing-Tung Yau (1949-). Ecco un esempio di Spazio
di Calabi-Yau disegnato con il programma Mathematica da
Stewart Dickson (da
questo sito):



La maggior parte delle particelle
prevista dalla teoria delle superstringhe ha una massa estremamente grande, più di
1019 volte la massa del protone; essa però prevede anche circa 1000 particelle prive di massa.
Inizialmente si pensava che le mutue interazioni tra queste particelle fossero equivalenti
a quelle descritte da una versione della supergravità a 10 dimensioni, per la
quale non esistono soluzioni alle equazioni nella quale sei dimensioni si arrotolano e lasciano uno spazio-tempo tetradimensionale con proprietà
analoghe a quelle cui noi siamo abituati. In seguito, però, Michael Green
(1946–) del
Queen Mary College di Londra
dimostrò che le interazioni delle particelle prive di massa previste dalla teoria
delle superstringhe differiscono leggermente dalle loro interazioni nella versione della
supergravità a 10 dimensioni: se si tiene conto degli effetti delle particelle pesanti, si ottengono equazioni coerenti a livello quantistico.
Questo successo ha stimolato gli scienziati a percorrere la via delle
superstringhe (la "Musica degli Ainur" della Fisica Moderna) per
arrivare a una formulazione coerente della Grande Unificazione e della gravità
quantistica, ma ben presto ci si accorse che la nuova via scelta offriva
problemi di ancor più difficile soluzione che non nella supergravità ad undici
dimensioni, dal momento che le proprietà delle superfici a sei dimensioni richieste nella teoria delle
superstringhe sono matematicamente assai più complesse di quelle delle
ipersfere a sette dimensioni. Ciononostante, le superstringhe hanno il vantaggio
di spiegare a livello teoricol'esistenza dei
gravitoni, il perché della presenza di certe particelle
e non di altre, e perchè le particelle hanno proprio i valori osservati di spin,
carica e massa. Per questo, molti scienziati continuano
risoluti per questa strada, tanto che è stato detto che nessuno può fare
carriera nel campo della Fisica delle Particelle, se per un po' di tempo non ha
lavorato sulle Superstringhe! Come ha scritto il fisico
Peppe Liberti, « da quel momento, quelle che erano
state vissute come speculazioni ai margini della fisica generalmente accettata
diventano moda, persino sui giornali. La copertina del numero di Novembre 1986
di Discover viene dedicata alla teoria del tutto e, all’interno, l’articolo
principale titola: "Tutto quanto è legato alle stringhe". I fisici coinvolti in
questo programma di ricerche sono euforici, sicuri di riuscire a comprendere
molto presto tutto quanto. Non va così. Col tempo si scopriranno ben cinque
differenti varianti della teoria delle stringhe e in questa babele la
depressione tornerà sovrana. »

Liberti
ha colto
il principale problema incontrato da questo approccio:
nel corso degli ultimi anni sono state elaborate non una, ma ben cinque
teorie coerenti delle superstringhe, che differiscono per il tipo di simmetrie
implicate e per il tipo di vibrazioni permesse per le stringhe (cioè per le particelle previste):
una di esse opera sia con stringhe aperte che chiuse, le altre quattro solo
con stringhe chiuse; una non prevede fermioni privi di massa con entrambi
gli spin (detti nonchirali), un'altra  non prevede fermioni privi di
massa con spin solo in una direzione (detti chirali); due di esse sono
eterotiche, il che significa che le stringhe con movimento destro e
movimento sinistro differiscono tra loro. Insomma, queste teorie sembrano
prevedere tutto e il contrario di tutto: ogni cosa sembra scaturire da una
qualche versione della teoria delle stringhe, persino i tachioni, persino
gli universi paralleli! E quando una teoria scientifica prevede ogni cosa ed
anche il suo contrario, molto probabilmente essa non riesce a prevedere
niente.

E poi,
c'è il problema della verifica sperimentale. A tutt'oggi, la teoria delle
stringhe si occupa di oggetti così piccoli e così esotici, che non è possibile
visualizzarne nessuno; ma soprattutto, non è possibile osservare neanche alcuno
dei suoi effetti. I sostenitori di questa teoria sperano che nuove e più precise
misurazioni delle anisotropie della radiazione cosmica di fondo possano darne le
prime conferme indirette, ma finora ogni tentativo è andato a vuoto. Alcuni dei
modelli delle superstringhe prevedono la possibile esistenza di particelle
dotate di carica elettrica frazionaria, secondo rapporti diversi da quelli
finora attribuiti alle cariche quark e antiquark; nel gennaio 2007 inoltre
alcuni ricercatori dell'Università della California a San Diego, della Carnegie
Mellon University e della Università del Texas a Austin hanno sviluppato un test
per la teoria delle stringhe basato sulla misura della diffusione degli astenoni
W quando vengono fatti collidere con opportuni bersagli, che dovrebbe essere
svolto nel Large Hadron Collider; anche in questi casi però non è stato fatto
alcun passo avanti sulla via di una conferma sperimentale.

Indubbiamente quella delle Superstringhe non è l'unica teoria a soffrire di
questa difficoltà: è lo stesso problema che affligge la gravità quantistica a loop. In questo senso, la teoria delle stringhe è
ancora in uno stato embrionale: essa è una costruzione matematica molto elegante
e geniale, e tra tutte è stata quella che più si è avvicinata a quella che noi
chiamiamo "Teoria del Tutto", ma richiede di poter spiegare fenomeni già noti o
di prevedere nuovi effetti osservabili per poter assurgere al rango di teoria
fisica. Anche su questa teoria, come già su quella
dell'inflazione, Sir Roger Penrose (1931-) ha dato
un giudizio davvero caustico:

« La teoria delle
stringhe si è affermata nella comunità scientifica perché è "alla moda". Lo
scopo principale della teoria delle stringhe era descrivere il mondo conciliando
gravità e fisica delle particelle. In realtà descrive un universo che non è
quello in cui viviamo. Invece delle quattro dimensioni che conosciamo (tre
spaziali e una temporale) ne prevede ventisei. Ma allora perché non le vediamo?
La risposta di chi sostiene la teoria delle stringhe è che si tratta di entità
così piccole da non poter essere percepite, che ci vorrebbe una energia
grandissima per eccitare e far distendere le extra-dimensioni normalmente
raggomitolate su se stesse. Può essere vero sulla Terra, ma non nell'Universo:
ci sono fenomeni che sprigionano energie enormi, si pensi all'interazione tra
due buchi neri, e ne basterebbe una piccola frazione per eccitare le dimensioni
nascoste e renderle visibili. Eppure restano nascoste. » (tratto da
questo link)

Uno dei
grossi problemi della Teoria delle Superstringhe, in tutte le sue varie
versioni, consiste nel fatto che esso prevede l'esistenza dei tachioni,
una delle particelle più famose ma anche più introvabili dell'intera Fisica di
Domani. Il suo nome deriva dal greco "tachýs", "veloce", perchè con questo
nome si indica un corpuscolo in grado di viaggiare più veloce della luce.
Una spiegazione molto chiara di queste misteriose entità viene fornita nel
film "K-PAX - Da un altro mondo", film del 2001 diretto dal britannico
Iain
Softley e tratto da una serie di romanzi dell'americano
Gene Brewer (1937-).
In esso la polizia arresta in aeroporto uno sconosciuto (interpretato dal
chiacchierato Kevin Spacey) che dice di chiamarsi Prot e di provenire da
K-PAX, un pianeta
situato nella costellazione della Lira. Il misterioso individuo viene
rinchiuso in una clinica psichiatrica di Manhattan per essere curato dal
rinomato dottor Mark Powell (interpretato da Jeff Bridges). Il fatto strano
è che Prot è estremamente convincente e dimostra di possedere conoscenze
astrofisiche fuori dal comune. Naturalmente il dottor Powell domanda al
sedicente alieno come ha fatto a giungere sulla Terra da K-PAX, e lui
risponde: « Naturalmente, viaggiando più veloce della luce. »

A questo
punto lo psichiatra gli ricorda che un terrestre di nome Einstein ha dimostrato
che nulla può viaggiare più veloce della luce. Prot allora gli risponde:
« Avete
completamente frainteso le scoperte di Einstein. Una particella che si muove più
lentamente della luce non può mai superare questo limite. Ma esistono particelle
che per loro natura possono solo muoversi a velocità superiore a quella della
luce. »

Naturalmente Prot (che alla fine del film si rivelerà un terrestre con un
terribile passato) si riferisce ai tachioni. In effetti, in base alla legge che
esprime l'aumento relativistico della massa in prossimità della velocità della
luce:



si deduce
che un'ipotetica particella che superi la velocità della luce verrebbe ad avere
massa immaginaria, giacché a denominatore troveremmo la radice quadrata di un
numero negativo. Ma... se essa avesse massa a riposo m
immaginaria? In tal caso l'immaginarietà si cancellerebbe, e la massa dinamica
m ' della particella tornerebbe ad essere reale. Una massa a
riposo immaginaria vorrebbe dire semplicemente che tale particella
non può mai
scendere al di sotto della velocità della luce: può rallentare fino a tale
valore, ma mai andare più lentamente. Ciò suggerisce di dividere le particelle
in tre categorie:

- i
  bradioni (dal greco "bradús",
  "lento"), dotati di massa a riposo reale, che possono muoversi solo più
  lentamente della luce ed avvicinarsi ad essa senza superarla mai (sono tali
  tutti i fermioni del Modello Standard);

- i
  luxoni (dal latino "lux",
  "luce"), dotati di massa a riposo nulla, che possono muoversi solo alla
  velocità della luce (sono tali il fotone e il gravitone);

- i
  tachioni, dotati di
  massa a
  riposo immaginaria, che possono muoversi solo più velocemente della luce e
  rallentare sino ad avvicinarsi ad essa, senza scendere mai sotto di essa.



La prima
descrizione di queste ultime particelle è attribuita al fisico indiano
Ennackal
Chandy George Sudarshan (1931-) e risale al 1962, ma il termine
"tachione" venne
usato per la prima volta nel 1964 da Gerald Feinberg (1933-1992), il quale
sosteneva che queste particelle potrebbero spiegare i fenomeni parapsicologici
di precognizione. A differenza delle particelle ordinarie, infatti,
la velocità di un
tachione aumenta al diminuire della sua energia come conseguenza della
Relatività Ristretta, in quanto il tachione ha una massa che elevata al quadrato
è negativa. Se si suppone che un tachione abbia una carica elettrica, allora un
tachione in accelerazione dovrebbe generare onde elettromagnetiche come
qualsiasi particella dotata di carica. Però, come si è detto, diminuendo
l'energia di un tachione la sua velocità aumenta, e quindi una piccola
accelerazione ne produrrebbe una maggiore, portando ad un effetto a catena
simile alla "catastrofe ultravioletta". E non è tutto: i tachioni violerebbero
anche il Principio di Causalità, che è fondamentale per l'intera Fisica. Infatti,
se un tachione esistesse, per esso il tempo... scorrerebbe al contrario! Se
dunque potesse interagire con la materia ordinaria, la causalità sarebbe violata
e non ci sarebbe più modo di distinguere tra futuro e passato. Una particella
potrebbe inviare informazione nel suo passato, portando a paradossi logici come
il cosiddetto "paradosso del nonno": se io spedisco un messaggio nel passato a
mio nonno e lo convinco a non sposare mia nonna, come ho fatto a nascere e a
dissuadere i miei nonni dallo sposarsi? Una possibile soluzione è la cosiddetta
soluzione a molti mondi: spedendo un messaggio nel passato, non vado a
modificare la linea temporale del nostro universo, ma a creare
un universo
parallelo in cui io non esisto. Tale soluzione è però rigettata dalla maggior
parte degli scienziati come metafisica. Ad ogni modo, nella Relatività Generale
esistono soluzioni delle equazioni gravitazionali di Einstein in cui alcune
particelle viaggiano più veloci della luce, come ad esempio la cosiddetta
Metrica di Alcubierre, trovata dal fisico messicano
Miguel Alcubierre (1964-). Come se non bastasse, secondo la Meccanica Quantistica
l'esistenza di una simile particella comporta l'instabilità dello spazio-tempo
vuoto, poiché l'energia del vuoto presenta un massimo piuttosto che un minimo,
rispetto alla direzione del tachione. Un impulso molto piccolo,
anche una normale fluttuazione quantistica, condurrà il campo a crollare con un
accrescimento esponenziale delle altezze, inducendo la cosiddetta
condensazione tachionica,
il meccanismo con cui un sistema fisico passa dallo stato di massimo del
potenziale (vuoto perturbativo instabile) a quello di minimo (vuoto non
perturbativo stabile). Quando il campo tachionico è accoppiato alla gravità, il
passaggio tra il massimo e il minimo del potenziale influenza la geometria dello
spazio tempo, e lo studio di questo fenomeno prende il nome di
cosmologia tachionica.

A causa
della loro caratteristica di muoversi a velocità maggiore di quella della luce,
i tachioni hanno sempre stimolato l'immaginazione degli autori di fantascienza.
Oltre al già citato film
"K-PAX - Da un   
altro mondo", sono citati nel film
"Tomorrowland - Il   
mondo di domani" (2015) del regista Brad Bird,
con George Clooney, dove vengono usati per osservare qualsiasi luogo in
qualsiasi momento; invece nel famoso romanzo "Le porte di
Anubis" (1983) di Tim Powers (1952-) sono
necessari per realizzare un viaggio nel tempo e andare a conoscere di persona il
poeta inglese Samuel Taylor Coleridge. I tachioni saltano fuori innumerevoli
volte nel franchise di Star   
Trek e in quello di Babylon 5, per lo più a
sproposito, ignorandone le reali proprietà, ma solo come parte di quel "tecno-bla
bla" che gli sceneggiatori tendono a rovesciare nelle puntate dei telefilm per
dare credibilità alle avventure dei protagonisti, senza tenere conto del fatto
che i termini scientifici hanno un effettivo significato, e agli orecchi di chi
ha studiato la Fisica, sentir parlare di "torsione
betatronica delle onde polaroniche", più che ammirazione rischia di
suscitare imbarazzo.

I tachioni compaiono anche in molte versioni della teoria delle stringhe. Infatti
alcuni modi di vibrazione di queste ultime corrispondono a stati hanno massa
immaginaria: un esempio è lo stato fondamentale della stringa bosonica.
Purtroppo però anche i tachioni finora sono sfuggiti a qualunque tentativo di
osservazione sperimentale. Nel 1973
Philip Crough e Roger Clay
dell' Università di   
Adelaide hanno annunciato la scoperta di una particella più
veloce della luce apparentemente dovuta ad un'ondata di raggi cosmici, ma la
loro osservazione non è stata né confermata né ripetuta; ed anche l'ipotesi,
avanzata dai fisici dell' esperimento   
OPERA, che i neutrini avessero natura tachionica,
nel 2012 si è rivelato solo l'effetto di una cattiva sincronizzazione tra due
orologi atomici. E fino a che non vi saranno conferme dell'esistenza o meno dei
tachioni, naturalmente anche le molte versioni della teoria delle superstringhe
non potranno ottenere alcuna conferma o smentita.

Un'altra delle particelle previste dalla
Teoria delle Stringhe è il dilatone o graviscalare,
una particella di campo scalare sempre associata con la gravità, che come il
gravitone compare come eccitazioni delle stringhe bosoniche chiuse, ovvero
stringhe che non hanno estremità libere. Come il tachione, il dilatone non
farebbe parte del Modello Standard, ma i sostenitori delle stringhe affermano
che la teoria delle stringhe non sarebbe consistente se non esistesse questa
particella scalare. I dilatoni esistono solo ad una scala tipica dell' energia   
di Planck ( 1019 GeV), per cui produrli in laboratorio
sarebbe piuttosto difficile; tuttavia, essi sarebbero stati prodotti in grande
abbondanza nell’universo primordiale durante la fase di inflazione, e sarebbero
sopravvissuti fino ad oggi come radiazione fossile
di quelle ere remote, per cui dovrebbero costituire un fondo di radiazione
distribuito in maniera pressoché omogenea ed isotropa su scala cosmica, simile
in molti aspetti al fondo cosmico di onde gravitazionali. Rilevare questo fondo
di dilatoni costituirebbe una prova a sostegno della teoria delle stringhe, ma
ciò purtroppo è al di fuori della portata degli attuali rivelatori di onde
gravitazionali. Il superpartner del dilatone è chiamato
dilatino, e il dilatone si combina con l'assione per formare un campo
scalare complesso.

Aggiungiamo un altro problema della teoria
delle stringhe: secondo alcuni fisici, non solo essa prevede il
multiverso (del quale riparleremo nel
capitolo successivo), ma produce
troppi universi. Prevede infatti almeno 10 alla 500
versioni dello spazio-tempo, ciascuna con le proprie leggi della fisica!! Ma con
così tanti universi in gioco, come può la teoria spiegare perché il nostro ha le
caratteristiche che ha? La questione è stata un tema caldo a giugno 2018 a
Okinawa, in Giappone, dove i teorici delle stringhe
si sono riuniti per la conferenza
Strings 2018.
In quell'occasione alcuni teorici hanno suggerito che la maggior parte, se non
tutti, di quegli universi in effetti sia impossibile da realizzare, se vogliamo
che abbiano un' energia oscura stabile
(l'energia oscura è l'enigmatica forza che accelera l'espansione del nostro
cosmo). Secondo alcuni, eliminare così tanti universi possibili non sarebbe uno
svantaggio, ma un importante passo avanti per la teoria delle stringhe, poiché
offrirebbe nuove speranze di fare previsioni verificabili. Altri invece
sostengono che il multiverso è qui e ci rimarrà, e il problema scaturito da
tutti quegli universi non è affatto un problema.

Come
spesso avviene, però, quando la teoria delle superstringhe era diventata
troppo complessa per risultare convincente (il Rasoio di Occam ci dice che
di solito la spiegazione concettualmente più semplice è quella giusta), una
nuova teoria arrivò ad incasellarne tutti i diversi risultati in un quadro
più coerente. Nel nostro caso il matematico statunitense Edward Witten
(1951–) nel 1995 dimostrò che le cinque suddette teorie delle superstringhe
possono essere interpretate come cinque diverse formulazioni di una teoria ancora più
basilare, la  M-teoria. Questa va sotto il nome
di Seconda Rivoluzione delle Superstringhe,
e ad esse dedicheremo la prossima lezione.