n.2 | Maggio 2025
Uscire dall’impasse:
verso nuovi paradigmi teorici
La ricerca in fisica fondamentale si trova in un momento di grande incertezza. Per oltre mezzo secolo, una teoria solida e riconosciuta dalla comunità scientifica – il cosiddetto Modello Standard delle particelle elementari – ha guidato la progettazione degli esperimenti, che hanno puntualmente confermato le sue previsioni con grande precisione. Sappiamo, però, che questa teoria non fornisce il quadro completo e che la risposta a molte importanti questioni ancora aperte può arrivare dalla scoperta di nuova fisica oltre il Modello Standard: bisogna pensare a nuovi modelli teorici e puntare su esperimenti che possano aprire nuovi scenari. All’Istituto Nazionale di Fisica Nucleare, oltre 1.500 ricercatrici e ricercatori (componenti della Commissione Scientifica Nazionale 4) esplorano le diverse linee di ricerca teorica: dalla teoria dei campi e delle stringhe alla fenomenologia delle particelle elementari, dalla fisica adronica e nucleare ai metodi matematici, dalla fisica astroparticellare e la cosmologia alla teoria dei campi statistica e applicata. E sulla collina di Arcetri, a Firenze, dove Galilei trascorse gli ultimi anni della sua vita, l’INFN ha fondato, nel 2006, un Centro Nazionale di Studi Avanzati per la fisica teorica, il Galileo Galilei Institute (GGI), che ospita workshop avanzati di fisica teorica con l’obiettivo di far incontrare e ispirare soprattutto le giovani generazioni di teorici e teoriche della fisica. Dal 2019, il GGI è protagonista anche della cerimonia di consegna della Medaglia Galileo Galilei, un importante riconoscimento internazionale che l’INFN attribuisce ogni due anni a massimo tre scienziati che nei 25 anni precedenti abbiano conseguito risultati rilevanti nella fisica teorica delle interazioni fondamentali delle particelle elementari, inclusa la gravità e i fenomeni nucleari. Nel 2025, sono stati insigniti del premio Leonard Susskind e Pierre Sikivie “per il loro lavoro, che rappresenta i persistenti sforzi dell’umanità per vedere e comprendere ciò che può sembrare invisibile, rivelando nel processo profonde connessioni tra le scale più grandi e più piccole della Natura”. In questo numero abbiamo intervistato Leonard Susskind e ripercorso con lui gli anni dedicati alla fisica teorica, dalla teoria delle stringhe – di cui è considerato uno dei padri fondatori – alle sue impressioni attuali sul futuro della fisica.
Considerato uno dei padri della teoria delle stringhe, Leonard Susskind è stato il primo a dare un’interpretazione precisa del principio olografico e a introdurre l’idea del paesaggio della teoria delle stringhe. È professore di fisica teorica all’Università di Stanford, fondatore dello Stanford Institute for Theoretical Physics, e membro di diverse accademie, tra cui la statunitense National Academy of Sciences. È stato insignito del Premio J. J. Sakurai nel 1998, della Medaglia Oskar Klein nel 2018, della Medaglia Dirac dell’ICTP nel 2023 e della Medaglia Galileo Galilei dell’INFN nel 2025.
LEONARD SUSSKIND
Intervista a Leonard Susskind, considerato uno dei padri della teoria delle stringhe e insignito dall’INFN della Medaglia Galileo Galilei 2025 per il suo fondamentale contributo alle sfide che i buchi neri pongono alla natura classica e quantistica della gravità
Cominciamo dalle basi: che cos’è la teoria delle stringhe?
Oggi, la teoria delle stringhe è considerata una teoria sulla gravità e sugli oggetti più fondamentali alle più piccole distanze possibili. Ma non è nata così; è nata come teoria delle particelle subnucleari, le particelle che compongono il nucleo: protoni, neutroni, e anche mesoni. Nessuno dubitava della loro esistenza, si trattava di oggetti sperimentali ben noti. Ciò che li rendeva interessanti era la loro diversità dagli elettroni.
Un elettrone è una particella puntiforme, impossibile da far ruotare come un pallone da calcio o una palla da basket. Un pallone da calcio o una palla da basket, infatti, ha una certa dimensione, ed è ragionevole pensare che ruoti attorno a un asse, e che ruotando, accresca la sua energia cinetica. Ora, secondo E=mc², la famosa formula di Einstein, quando aumenta l’energia, aumenta anche un po’ la massa. E sapevamo sperimentalmente che i protoni e i neutroni e i mesoni erano oggetti che potevano essere fatti ruotare, potevano essere fatti vibrare come un oggetto elastico. Colpendo ognuna di queste particelle, i cosiddetti adroni (le particelle all’interno del nucleo), se ne può provocare la rotazione e dunque aumentarne la massa e l’energia: in questo modo si produce un’intera famiglia di stati quantistici eccitati. Ci è voluto un po’ di tempo prima che si capisse che gli stati eccitati si comportavano come stringhe, elastici di gomma fatti vibrare. Intorno al 1969, io, Yōichirō Nambu e Holger Nielsen, in modo del tutto indipendente, ci siamo resi conto che i protoni e i neutroni si comportavano come delle stringhe elastiche. Non sapevamo perché, quindi ci siamo messi a scrivere una teoria matematica delle stringhe elastiche vibranti e di ciò che sarebbe accaduto se due di esse si fossero scontrate. Abbiamo inventato e sviluppato così la teoria oggi nota come teoria delle stringhe.
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