Una nuova ricerca definisce la causalità per la gravità quantistica

Una nuova ricerca definisce la causalità per la gravità quantistica
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Due ricercatori, dell'Università del Massachusetts e dell'Universidade Federal Rural di Rio de Janeiro, hanno investigato il concetto di causalità in una particolare teoria di campo chiamata "Gravità Quadratica". In maniera simile al Modello Standard, la Gravità Quadratica è rinormalizzabile ma presenta anche proprietà specifiche.

Per la meccanica quantistica una grandezza fisica è rappresentabile tramite un operatore, una funzione che lega i possibili stati di un sistema. Il concetto di causalità è legato alla proprietà commutativa della moltiplicazione degli operatori.

"La piccola violazione della causalità è la più importante di queste [proprietà] e il nostro era di comprenderle meglio. Nel processo, abbiamo compreso che alcune delle scoperte erano di interesse più generale," afferma John Donoghue, uno degli autori dello studio.

L'articolo pubblicato da Donoghue e Menezes sintetizza diversi aspetti legati alla causalità che sono conosciuti da diversi anni. Molte teorie affermano che le leggi fisiche non hanno una preferenza per la direzione del tempo, tuttavia questo non è valido per la meccanica quantistica che invece ha una precisa freccia del tempo.

"I vari fattori i (unità immaginaria) nelle procedure di quantizzazione sono legate alla direzione dell'azione causale, che porta alla freccia del tempo nella meccanica quantistica. Questa connessione non viene discussa spesso," spiega Donoghue.

Donoghue e Menezes pensano che la causalità avvertibile nel mondo macroscopico sia dovuta agli effetti quantistici e nel loro studio indagano approfonditamente questo effetto, alla ricerca di nuove implicazioni.

L'idea è quella di poter indagare le proprietà della freccia del tempo anche se la teoria della gravità quadratica è ancora oscura, ed è possibile definendo la dipendenza dal tempo nella Lagrangiana, una funzione che riassume le proprietà del sistema. Questo è quello che accade per la gravità quadratica ma è possibile anche per altre teorie. Migliorare la comprensione di questi fenomeni può avere implicazioni importanti, come la possibilità di costruire wormhole.

La più importante implicazione dello studio è che ci sono evidenze delle incertezze causali dovute alle fluttuazioni nello spazio-tempo che possono emergere nelle teorie di gravità quantistica. Questo può fornire una profonda comprensione dell'origine della causalità nel mondo macroscopico.

Una ricerca di O'Connell, Grinstein e Wise dimostra che in descrizione di un fenomeno di scattering (lo scontro tra particelle) con frecce causali miste, i prodotti del decadimento possono essere rilevati prima di quanto previsto dalla teoria, e la probabilità di misura decresce andando indietro nel tempo.

Donoghue e Menezes hanno sviluppato questa idea trovando dei risultati molto interessanti: non c'è nessun conflitto nell'osservazione degli esperimenti nel caso della gravità quantistica ad energie dell'ordine dell'Energia di Planck, circa 15 volte più alta di quella raggiunta grazie a LHC. Sono già stati studiati gli effetti di questo tipo di teorie a bassa energia, mentre è molto difficile farlo ad energie molto alte.

Questo lavoro offre una panoramica completa sulla causalità e sul concetto di freccia del tempo, in particolare su come alcune teorie presentano diverse direzioni del tempo, sia in avanti che indietro. Questo argomento interessa tutti i ricercatori nell'abito delle teorie di campo e in particolare può aiutare a definire meglio il concetto di gravità quantistica, ancora molto oscuro.

"Ci sono altre considerazioni tecniche che dobbiamo fare riguardo alla gravità come teoria quantistica rinormalizzabile, una di questi riguarda la stabilità della gravità quadratica in uno spazio-tempo curvo. Lo studio più intrigante che vogliamo fare riguarda lo studio delle violazioni di causalità nell'Universo primordiale".

FONTE: phys.org
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