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Discussione: Le meraviglie della Fisica Quantistica

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    Lampadina Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )

    Che cos'è la Non Località?

    Dal teorema di Bell all’esperimento di Aspect, agli approcci non-locali del tessuto quantistico: una rassegna critica sulla non località (di Davide Fiscaletti)

    La meccanica quantistica può essere considerata la teoria fondamentale della scienza moderna che più ha contribuito a modificare la nostra comprensione dell’universo.
    Per quanto riguarda la geometria del mondo fisico, si può dire che la teoria quantistica introduce prospettive molto più ampie di quelle offerte da ogni teoria fisica precedente.
    In particolare, l’elemento più sorprendente ed intrigante che emerge dal formalismo quantistico sta nel fatto che le particelle subatomiche sono in grado di comunicare tra di loro informazioni in modo istantaneo, in altri termini sono connesse in modo non-locale.

    Riguardo al fenomeno della non-località , tutto è iniziato a partire dalla pubblicazione nel 1935 da parte di Einstein, Podolski e Rosen, di un famoso articolo dal titolo “La descrizione quantistica della realtà può considerarsi completa?” in cui è stato sviluppato quello che è poi stato chiamato il paradosso, o meglio, argomento EPR (dalle iniziali dei tre autori).

    Consideriamo due particelle A e B che hanno condiviso una particolare esperienza di accoppiamento alla loro nascita e che poi vengono allontanate e portate in estremi opposti dell’universo; allora, in base al formalismo della meccanica quantistica, se ad un certo istante effettuiamo una misura sulla particella A, è possibile conoscere istantaneamente lo stato della particella B, a prescindere dalla distanza che c’è tra di esse.

    segue..
    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:49

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    Le meraviglie della Fisica Quantistica
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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )
    (Davide Fiscaletti)

    Il paradosso EPR era, in realtà, una critica di Einstein all’idea che la meccanica quantistica sia una teoria completa nel descrivere la natura.
    I fisici hanno cercato di spiegare questo fenomeno assumendo che ci sia una sorta di "messaggero" che parte dalla particella A per raggiungere la particella B e informarla di assumere un certo comportamento.
    Ma l’informazione arriva istantaneamente e quindi l’idea di un ipotetico messaggero non solo non funziona, ma sembra avere poco senso.

    Le correlazioni non-locali tra particelle subatomiche che caratterizzano esperimenti di tipo EPR risultano essere inspiegabili e incomprensibili all’interno di uno schema classico.
    Fenomeni di questo tipo hanno tuttavia trovato una loro compiuta spiegazione e formalizzazione in un noto teorema dimostrato nel 1964 dal fisico irlandese John Stewart Bell (che è considerato da molti esperti nel campo dei fondamenti concettuali della meccanica quantistica come il più importante recente contributo alla scienza): “Quando due particelle sono emesse in direzioni opposte e le proprietà di una di esse sono attualizzate da una misurazione, le proprietà dell’altra particella – anche esse misurate – saranno correlate indipendentemente dalla distanza che le separa”.

    La dimostrazione del teorema di Bell implica che un’esperienza avvenuta nel passato tra due particelle subatomiche crea tra di esse una forma di "connessione" per cui il comportamento di ciascuna delle due condiziona in modo diretto ed istantaneo il comportamento dell’altra a prescindere dalla distanza che c’è tra di esse.
    Ai giorni nostri, non è stata trovata ancora alcuna contro-argomentazione significativa in grado di mettere in discussione la validità del teorema di Bell.

    segue..
    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:51

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )
    (Davide Fiscaletti)

    Tutti gli esperimenti effettuati finora – e particolarmente significativi sono, in questo senso, gli esperimenti di Alain Aspect (1981) al laboratorio di ottica di Orsay, di Yanhua Shih (2001) dell’Università del Maryland e di Nicolas Gisin (2003) dell’Università di Ginevra – hanno confermato il risultato ottenuto da Bell, vale a dire che la non località deve essere considerata una caratteristica fondamentale e irrinunciabile del mondo microscopico, che le particelle subatomiche sono capaci di comunicare istantaneamente a prescindere dalla loro distanza.

    D’altra parte, nell’interpretazione di Copenaghen della meccanica quantistica la non-località emerge di fatto come un ospite inatteso nascosto dietro l’interpretazione puramente probabilistica della funzione d’onda e il meccanismo di "casualità" ad essa associato.
    Tuttavia, se si tiene conto dei risultati sperimentali sopra menzionati (nonché di risultati simili ottenuti da altri autori), bisogna ammettere che la non-località costituisce la carta di visita fondamentale della geometria del mondo quantistico e, di conseguenza, dovrebbe essere introdotta fin dall’inizio, come principio fondamentale, all’interno di ogni teoria volta a descrivere l’arena dei processi quantistici.

    I risultati sperimentali suggeriscono che la non-località deve essere considerata la proprietà essenziale che sta alla base del comportamento delle particelle subatomiche e della geometria del mondo quantistico.
    In questo articolo, ci proponiamo di sviluppare una rassegna critica degli approcci non-locali presenti nella letteratura volti a descrivere l’arena dei processi quantistici, il cosiddetto "tessuto spazio-temporale" della fisica quantistica.

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    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:52

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )
    (Davide Fiscaletti)

    La geometria non-locale nell’approccio del potenziale quantico di Bohm


    L’idea del potenziale quantico, introdotta originariamente da David Bohm negli anni '50, può essere considerata la via più semplice e naturale per introdurre la non-località nel mondo quantistico.
    Nell’ambito dell’interpretazione di Bohm della meccanica quantistica, il potenziale quantico informa ogni particella dove andare, come se dietro alla realtà fenomenica spazio-temporale fatta di materia ed energia, esistesse un piano nascosto che la guida e la unisce a tutte le altre particelle in un’unica simbiosi cosmica.

    ’espressione matematica del potenziale quantico indica che l’azione di questo potenziale è di tipo spazio, vale a dire crea sulle particelle un’azione istantanea, proprio quella richiesta per comprendere i processi di tipo EPR.
    Il potenziale quantico contiene un’informazione globale sui processi fisici, che può essere definita come "informazione attiva", contestuale al sistema sotto osservazione e al suo ambiente, la quale non è "esterna" allo spazio-tempo, ma piuttosto è un’informazione geometrica "intessuta" nello spazio-tempo.

    A questo proposito, possiamo dire che l’evoluzione dello stato di un sistema quantistico modifica l’informazione attiva globale e questa influisce a sua volta sullo stato del sistema quantistico ridisegnando la geometria non-locale dei processi.
    In questo quadro geometrodinamico possiamo anche dire che il potenziale quantico rappresenta le proprietà geometriche dello spazio dalle quali la forza quantistica, e quindi il comportamento delle particelle quantistiche, derivano.

    segue..
    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:52

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )
    (Davide Fiscaletti)

    Riguardo alla non-località nella teoria quantistica dei campi

    La maggior parte delle interpretazioni della fisica quantistica tendono a derivare la non-località da situazioni locali usando concetti continui come spazio-tempo o ambiente, correndo il rischio di incorrere in paradossi simili, per così dire, a quelli che caratterizzano le avventure di Alice nel Paese delle Meraviglie.
    Il linguaggio ondulatorio e l’interpretazione statistica possono funzionare soltanto quando si ha a che fare con un gran numero di processi virtuali di creazione/distruzione di particelle.

    Per esempio, lo stato fondamentale dell’atomo di idrogeno può essere visto come una sorta di media su molte interazioni virtuali tra il campo elettrico nucleare e l’elettrone orbitante.
    La teoria quantistica dei campi è la figlia più matura della meccanica quantistica e fornisce la sintassi più generale che conosciamo per descrivere le forze.
    La meccanica quantistica può essere considerata una buona approssimazione della teoria quantistica dei campi per sistemi a bassa energia quando il numero dei quanti in considerazione è conservato.

    Vediamo allora di comprendere quale tipo di lettura della meccanica quantistica è fissata dalla teoria quantistica dei campi.
    Dalla teoria quantistica dei campi sappiamo che il mondo fisico è una rete di transizioni energetiche e che il nostro linguaggio basato su onde e particelle è un linguaggio approssimato.

    Seguendo la terminologia di Penrose, la struttura della meccanica quantistica è data dagli operatori di evoluzione e dai processi di creazione o distruzione di particelle.

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    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:52

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )
    (Davide Fiscaletti)

    Alla luce della teoria quantistica dei campi, il mondo fisico è descritto da una rete di vertici di interazioni dove alcune proprietà (posizione spazio-temporale, impulso, spin, ecc…) sono create e distrutte.
    La misura di tali proprietà è tutto ciò che conosciamo del mondo fisico da un punto di vista operazionale.
    Ogni altra costruzione in fisica, come la nozione stessa di spazio-tempo continuo o gli operatori associati alle variabili fisiche che descrivono l’evoluzione, ha il ruolo di connettere in modo causale le proprietà misurate.

    Come ha mostrato in modo preciso Licata nel suo recente articolo Transaction and non-locality and quantum field theory, l’interpretazione della meccanica quantistica che forse si addice di più al linguaggio della teoria quantistica dei campi è la teoria transazionale, rilettura geometrodinamica realistica dei processi quantistici originariamente proposta da Cramer in alcuni articoli degli anni ’80 e poi estesa recentemente in un approccio più fondamentale da Ruth Kastner (nonché da Chiatti e Licata in ambito cosmologico).
    In questo approccio, ciascuna particella risponde a tutte le sue future possibilità.

    A un livello fondamentale soltanto le transazioni tra opportuni "modi" del campo hanno luogo, e la funzione d’onda semplicemente contiene un’informazione statistica riguardo a un gran numero di transizioni elementari.
    Nell’ambito dell’interpretazione transazionale possibilista suggerita dalla Kastner, lo spazio-tempo non è una sostanza pre-esistente, ma piuttosto emerge come un insieme di attualizzate transazioni risultanti in trasferimenti di energia da un emettitore a un assorbitore.

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    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:53

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )
    (Davide Fiscaletti)

    Le transazioni sono oggetti che in qualche maniera trascendono la struttura spazio-temporale, in altre parole in questo quadro sono l’espressione della natura non-locale dei processi quantistici.

    Alla luce del linguaggio transazionale, il vuoto dei processi quantistici può essere immaginato non solo come lo stato di minima energia, ma anche come la rete di tutte le possibili transazioni dei modi di campo in una "totalità indivisa", e deve essere considerato come uno stato radicalmente non-locale.

    Nell’approccio transazionale sviluppato da Chiatti e Licata, l’arena fondamentale dell’universo è un vuoto quantistico arcaico, atemporale, non-locale in cui le uniche "cose" realmente esistenti nel mondo fisico sono gli eventi di creazione e distruzione (o, in altre parole, di manifestazione e de-manifestazione) di certe qualità.

    In questo approccio, il vuoto è la fabbrica da cui tutte le strutture fisiche emergono attraverso processi di riduzione e tali strutture influenzano a loro volta l’attività del vuoto, in un feedback quantistico.
    In questo approccio, il teorema di Bell non solo individua i limiti delle teorie a variabili nascoste, ma fornisce la porta di una teoria in grado di spiegare la non-località come un effetto residuale che emerge, in particolari condizioni, dalle manifestazioni del vuoto primordiale atemporale.
    La non-località dei processi quantistici di laboratorio appare in ultima analisi come un caso particolare della totalità atemporale associata al vuoto primordiale.

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    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:53

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )
    (Davide Fiscaletti)

    Gli approcci non-locali in gravità quantistica

    L’idea di una struttura di relazioni sottesa alle forme osservabili di materia e di energia e allo spazio-tempo è stata definita da J. A. Wheeler "schiuma quantistica" dello spazio-tempo, proprio con l’intento di evocare l’erosione delle nozioni tradizionali lungo la discesa verso la scala di Planck tipica della gravità quantistica.
    A questo proposito, le varie versioni della teorie della stringhe che, pur non disponendo di un principio unificatore, hanno avuto un certo successo nel superare alcuni impasse della fisica delle particelle, comportano che la struttura spazio-temporale sia il risultato dell’interazione tra configurazioni vibrazionali in p dimensioni chiamati p-brane (dove p=10 nella versione più accreditata). In particolare, nella versione matriciale della cosiddetta teoria M le brane derivano da un background non-locale il quale permette di ottenere una meccanica quantistica analoga a quella di Bohm.

    In realtà, la maggior parte delle versioni delle stringhe sono costruite su uno spazio-tempo piatto minkowskiano, mentre una corretta teoria autenticamente relativistica (nel senso della relatività generale), dovrebbe essere indipendente dal background, ossia non presupporre alcuna metrica.

    Ci sono diverse teorie che possiedono questi requisiti. Una di queste è, per esempio, la teoria dei twistors di Penrose. Per usare le stesse parole di Penrose, “un twistor è un oggetto simile a un giano bifronte, unitario ma con una faccia rivolta verso la meccanica quantistica e l’altra verso la relatività generale”.

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    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:54

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )
    (Davide Fiscaletti)

    La struttura dei twistors permette di rendere conto in modo preciso della dinamica intrinsecamente non-locale dello spazio-tempo.
    Inoltre, alla luce di alcuni importanti approcci introdotti per unificare relatività generale e meccanica quantistica, il background spazio-temporale dei fenomeni risulta essere soggetto a fluttuazioni quantistiche e, in particolare, emerge da una rete non-locale di celle elementari alla scala di Planck.

    A questo proposito, una teoria molto elegante che ha i giusti requisiti relativistici è la "loop quantum gravity" (gravità quantistica ad anelli) di Rovelli e Smolin. I loops sono linee di campo chiuse che non dipendono dal sistema di riferimento e forniscono quindi la base per una descrizione relazionale dello spazio-tempo nello spirito di Mach-Leibniz.
    La gravità quantistica ad anelli prevede che gli operatori associati ad area, angolo, lunghezza e volume risultano avere uno spettro discreto alla scala di Planck e, sulla base di alcuni risultati recenti ottenuti da Gambini dell’università di Montevideo e Pullin dell’università della Louisiana, introduce un quadro olografico nella forma di incertezza nella determinazione di volumi che cresce in modo radiale.

    Inoltre, riguardo al carattere olografico del tessuto quantistico fondamentale alla scala di Planck, un modello recente molto rilevante è quello di Jack Ng dell’università della North Carolina, in cui la struttura del background dei processi, vale a dire della schiuma spazio-temporale è determinata dall’accuratezza con cui viene misurata la sua geometria.

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    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:54

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )
    (Davide Fiscaletti)

    Nel modello di Ng, come conseguenza del carattere olografico, i gradi di libertà della schiuma spazio-temporale, alla scala di Planck, devono essere considerati infinitamente correlati, con il risultato che la localizzazione di un evento perde il suo significato invariante.
    In altre parole, la schiuma spazio-temporale dà luogo a una non-località fondamentale.
    In questo approccio, sono proprio le caratteristiche non-locali della schiuma spazio-temporale che consentono di includere la gravitazione nella teoria.

    È infine importante menzionare che, nell’ambito di una teoria nota come Quantum Graphity, in cui la geometria e la gravità emergono da una rete di grafi di spin, Caravelli e Markopoulou del Perimeter Institute of Theoretical Physics di Waterloo hanno recentemente suggerito un modello esplicito di schiuma quantistica, uno spazio-tempo quantistico con legami spaziali non-locali. Gli stati quantistici che descrivono questo background non-locale dipendono da due parametri: la grandezza minima del legame e la loro densità rispetto a questa lunghezza.



    Conclusioni

    Alla luce dei risultati della fisica quantistica e, in particolare, di alcuni rilevanti approcci elaborati recentemente (sia in ambito non-relativistico sia di teoria quantistica dei campi sia di gravitazione quantistica), a un livello fondamentale i comportamenti delle interazioni possono essere visti come la conseguenza di una geometria ricca e complessa, la cui proprietà fondamentale sembra essere la non-località.

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    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:55

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )
    (Davide Fiscaletti)

    Questa geometria permea le strutture profonde dello spazio-tempo, in modo tale che gli stessi fenomeni fisici sono per così dire immersi in una sorta di tessuto geometrico, ed è precisamente dalla dinamica non-locale inerente a esso che emergono le diverse forme di materia e le varie forze che le muovono come altrettanti effetti possibili delle fluttuazioni quantistiche, in parte effimere e aleatorie, e delle diverse entità che condizionano la geometria quantica del mondo fisico alla scala fondamentale.

    Sulla base degli approcci non-locali illustrati in questo articolo, emerge la prospettiva che, così come non possono esistere delle particelle materiali (i fermioni), né delle particelle messaggere (i bosoni) senza interazioni, nello stesso modo le interazioni non potrebbero aver luogo senza la geometria non-locale sottostante che "tesse" lo spazio-tempo (o le diverse forme dello spazio-tempo) e propaga l’azione delle forze fondamentali attraverso il mondo microscopico e l’intero universo.

    I rapporti tra l’explicate order della struttura spazio-temporale e le teorie che indagano la struttura fine della schiuma quantistica ci offre così la possibilità di un’interessante riflessione di carattere epistemologico e cognitivo.
    L’intera storia della fisica può essere considerata come un progressivo raffinamento dei modelli di spazio-tempo, da quello assoluto di Newton alle geometrie che caratterizzano le varie geometrodinamiche quantistiche e relativistiche.

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    Ultima modifica di anna1401; 18/04/2014 alle 16:55

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

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    L’analisi svolta in questo articolo mostra che la non-località può essere considerata la carta di visita fondamentale della fisica quantistica, sia in ambito non-relativistico di prima quantizzazione, sia in teoria quantistica dei campi per arrivare infine alla gravitazione quantistica.
    Emerge la prospettiva di una struttura fondamentalmente non-locale in cui la geometria e la dinamica coesistono e dalla quale si codeterminano continuamente.



    Bibliografia
    A. Aspect, J. Dalibard e G. Roger, “Experimental tests of Bell’s inequalities using time-varying analyzers” Physical Review Letters 49, 25, 1804-1807 (1982).
    J. S. Bell, “On the Einstein-Podolski-Rosen paradox”, Physics 1, 3, 195-200 (1965).
    D. Bohm, “A suggested interpretation of the quantum theory in terms of hidden variables, parts I and II”, Physical Review 85, 2, 166–193 (1952).
    D. Bohm and B. J. Hiley, The undivided universe: an ontological interpretation of quantum theory, Routledge, London (1993).
    F. Caravelli and F. Markopoulou, “Disordered locality and Lorentz dispersion relations”, arXiv:1201.3206v3 [gr-qc] (2012).
    R. W. Carroll, Fluctuations, Information, Gravity and the Quantum Potential, Springer, Dordrecht (2006).
    J. G. Cramer, “Generalized absorber theory and the Einstein–Podolsky–Ro sen paradox”, Physical Review D 22, 362–376 (1980).
    J. G. Cramer, “The arrow of electromagnetic time and the generalized absorber theory”, Foundations of Physics 13, 887–902 (1983).

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

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    (Davide Fiscaletti)

    Bibliografia
    J. G. Cramer, “The transactional interpretation of quantum mechanics”, Reviews of Modern Physics 58, 647–88 (1986).
    J. G. Cramer, “An overview of the transactional interpretation”, International Journal of Theoretical Physics 27, 227 (1988).
    D. Fiscaletti, I fondamenti nella meccanica quantistica. Un’analisi critica dell’interpretazione ortodossa, della teoria di Bohm e della teoria GRW, CLEUP, Padova (2003).
    D. Fiscaletti, I gatti di Schrödinger. Meccanica quantistica e visione del mondo, Muzzio Editore, Roma (2007).
    D. Fiscaletti, “The geometrodynamic nature of the quantum potential”, Ukrainian Journal of Physics 57, 5, 560-572 (2012).
    D. Fiscaletti, “The quantum entropy as an ultimate visiting card of de Broglie-Bohm theory”, Ukrainian Journal of Physics 57, 9, 946-963 (2012).
    D. Fiscaletti, “Bohm e l’entropia quantistica”, Scienza e Conoscenza 43, 68-73 (2013).
    R. Gambini and J. Pullin, “Holography in Spherically Symmetric Loop Quantum Gravity”, arXiv:0708.0250 [gr-qc].

    S. A. Huggett and K. P. Todd, An Introduction to Twistor Theory, Cambridge University Press, Cambridge (1994).
    I. Licata, “Vision of oneness. Space-time geometry and quantum physics”, in Vision of oneness, I. Licata and A. Sakaji editors, Aracne Editrice, Roma (2011).
    I. Licata and L. Chiatti, “The archaic universe: big bang,
    cosmological term and the quantum origin of time in projective cosmology”, International Journal of Theoretical Physics 48, 4, 1003-1018 (2009).
    I. Licata and L. Chiatti, “Archaic universe and cosmological model:
    "big-bang" as nucleation by vacuum”, International Journal of Theoretical Physics 49, 10, 2379-2402 (2010).

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  15. Registrato da
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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014 - )

    Bibliografia
    I. Licata, “Transaction and non-locality in quantum field theory”, European Physical Journal (2013).
    Y. J. Ng, “Holographic Foam, Dark Energy and Infinite Statistics”, Physics Letters B 657, 10-14 (2007).
    Y. Jack Ng, “Spacetime foam: from entropy and holography to infinite statistics and non-locality”, Entropy, 10, 441-461 (2008).
    Y. Jack Ng, “Holographic quantum foam”, arXiv:1001.0411v1 [gr-qc] (2010).
    Y. Jack Ng, “Various facets of spacetime foam”, arXiv:1102.4109.v1 [gr-qc] (2011).
    C. Rovelli, Quantum Gravity, Cambridge University Press, Cambridge (2007).
    V. I. Sbitnev, “Bohmian split of the Schrödinger equation onto two equations describing evolution of real functions”, Kvantovaya Magiya 5, 1, 1101-1111 (2008).
    URL quantmagic.narod.ru/volumen/VOL542008/p1101.html
    V. I. Sbitnev, “Bohmian trajectories and the path integral paradigm. Complexified lagrangian mechanics”, International Journal of Bifurcation and Chaos 19, 7, 2335-2346 (2009); e-print arXiv:0808.1245v1 [quant-ph] (2008).
    F. Shojai and A. Shojai, “Understanding quantum theory in terms of geometry”, e-print arXiv:gr-qc/0404102 v1 (2004).

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

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    Il Bosone di Higgs: fine di un’era o inizio di una “nuova” fisica?

    L'annuncio della scoperta al CERN di Ginevra di una particella con caratteristiche compatibili a quelle del bosone di Higgs apre nuovi scenari nella fisica moderna.
    (Luigi Maxmilian Caligiuri 30/07/2012 )


    La notizia della presunta individuazione sperimentale del famoso bosone di Higgs, volgarmente ribattezzato “la particella di Dio”, sta ricevendo celebrazioni in tutto il mondo scientifico e non solo ma questo “nuovo” bosone rischia di demolire quello stesso modello fisico che avrebbe dovuto “completare” e confermare ossia il modello standard (MS) delle particelle elementari (oggi il principale modello in grado di spiegare, anche se parzialmente, le particelle note e le forze che agiscono tra esse).
    Il motivo è che molte delle proprietà della nuova particella - che si pensa possa essere il famigerato bosone di Higgs - o almeno qualcosa di molto simile ad esso - devono ancora essere verificate.

    Cosa più importante, la “firma” che essa ha lasciato nei rivelatori dell’LHC del CERN non corrisponde esattamente a quanto previsto dal MS, lasciando così aperta la possibilità che la nuova particella sia in realtà qualcosa di molto più esotico, facente parte di un modello più completo della natura che finalmente sia in grado di includere la materia oscura e la gravità.
    Tale eventualità rappresenterebbe la fine della supremazia del MS ma costituirebbe contemporaneamente un successo ancora maggiore della scoperta del bosone di Higgs stesso.

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014)
    (Luigi Maxmilian Caligiuri 30/07/2012)


    D’altra parte non è un mistero che il modello standard rappresenta solo una spiegazione molto parziale della realtà fisica, dal momento che semplicemente non è in grado di spiegare l’80% della materia - energia presente nell’Universo (la cosiddetta materia “oscura” appunto) e, cosa enormemente più grave non include la forza di gravità.

    Il dato sperimentale presentato alla conferenza stampa del 4 luglio al CERN riguarda la misurazione di eccessi di particelle che si adattano al profilo di una particella di Higgs, con masse di 125 e 126 GeV (giga elettronvolt).
    L’attendibilità del dato sperimentale sembra notevole dal momento che, secondo gli sperimentatori, si attesterebbe intorno a 5 sigma (per intenderci le probabilità che la particella derivi dal “rumore” strumentale è di 5 possibilità su 10 milioni).
    Assodato quindi il risultato, rimane da comprendere esattamente cosa effettivamente sia stato osservato.

    Il problema consiste nel fatto che il bosone non viene osservato “direttamente” ma attraverso i suoi prodotti di decadimento (altre particelle) più facilmente rilevabili ed il MS attuale prevede il rateo di decadimento del previsto bosone di Higgs di massa data in queste particelle.
    Orbene il rateo di decadimento osservato per la nuova particella non corrisponde a quello previsto per un bosone di Higgs da 125 GeV.

    Ciò riguarderebbe in particolare il decadimento del bosone in particelle tau (tauoni) per le quali il MS prevede, per un bosone di Higgs di tale energia, un intervallo di tempo pari al 6% dell’intervallo totale ma che, sperimentalmente, risulterebbe sensibilmente inferiore, determinando una produzione di tauoni irrisoria (dato relativo all’esperimento CMS, mentre nell’esperimento ATLAS non viene riportato alcun dato in merito).

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014)
    (Luigi Maxmilian Caligiuri 30/07/2012)


    A ciò pare si aggiunga un’ulteriore anomalia, presente in entrambi gli esperimenti, relativa ad un eccessivamente elevato rateo di decadimento della particella (circa una volta e mezza maggiore di quanto previsto dal MS) in coppie di fotoni.
    Ciò pone problemi particolarmente importanti, in quanto nel MS il bosone di Higgs non costituisce solo la particella che andrebbe a completare il quadro del modello stesso, ma svolge anche un ruolo chiave con riferimento alla stessa natura della materia in qualità di particella mediatrice dell’omonimo campo di Higgs.

    Secondo il MS tutte le particelle devono attraversare tale onnipresente campo, alcune, come il fotone, rimanendone imperturbate e risultando pertanto prive di massa; le altre venendo rallentate ed acquistando pertanto massa.
    In particolare quindi il bosone di Higgs “fornisce” la massa ai componenti delle due grandi famiglie di particelle elementari: i fermioni (che costituiscono la materia ed includono elettroni, quarks, neutrini e, tra l’altro, i tauoni di cui sopra) ed i bosoni appunto (che sono i mediatori delle interazioni e che includono i fotoni, le particelle W e Z ed i gluoni, ma non i gravitoni!) .

    Ma se, coma sembra, il bosone osservato non decade propriamente in particelle tau, stando ai risultati finora ottenuti, ammesso che si tratti proprio del bosone di Higgs del MS, esso non sarebbe probabilmente in grado di fornire ai tauoni una massa che tuttavia questi posseggono.
    Potrebbe allora il bosone di Higgs fornire massa solo ai bosoni ma non ai fermioni? Del resto si deve ricordare che, quando nel lontano 1960 Higgs propose il suo modello, questo doveva rendere conto soltanto della massa dei bosoni ma fu solo successivamente esteso alle altre particelle dotate di massa, generalizzazione della quale lo stesso Higgs non era pienamente convinto.

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014)
    (Luigi Maxmilian Caligiuri 30/07/2012)


    Cosa fornisce allora massa ai fermioni?
    La risposta potrebbe aprire la strada ad una conferma di una delle più eleganti estensioni del MS: la supersimmetria (SS) che prevede in particolare la presenza di 5 bosoni di Higgs e di una serie di particelle “superpartners” delle particelle elementari dette “Higgsoni”, la cui presenza permetterebbe di superare le difficoltà del MS ed in particolare degli aspetti legati all’energia oscura ed al problema gerarchico assegnando ai fermioni la massa necessaria nel caso in cui il bosone rilevato non fosse in grado effettivamente di farlo.

    In particolare, un superpartner che permetterebbe di risolvere sia il problema del difetto di rateo dei tauoni che quello dell’eccesso di fotoni sarebbe rappresentato dal superpartner del quark top, il cosiddetto “stop”.
    Ad ogni modo se gli attuali dati sperimentali dovessero venire confermati nel prossimo futuro, ci troveremmo di fronte ad un superamento del MS alla necessità di una nuova fisica, ben al di là di tale modello.

    Del resto, indipendentemente dalla vicenda che vede protagonista il nuovo bosone, e qualunque sarà il verdetto dei futuri esperimenti sulla reale natura di tale particella, è oltremodo chiaro che oramai la fisica contemporanea è giunta ad un bivio sostanziale: scegliere di continuare a sfornare nuove particelle, andando a popolare il già affollatissimo zoo delle particelle elementari e producendo quantità impressionati di dati sperimentali pur indispensabili allo sviluppo delle teorie fisiche...

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

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    (Luigi Maxmilian Caligiuri 30/07/2012)


    ... ovvero compiere quel grande e decisivo balzo concettuale verso una nuova e profonda sintesi in cui le due più grandi teorie della fisica, vale a dire la meccanica quantistica (MQ) e la relatività generale (RG), possano fondersi una sintesi in grado di fornire una reale e profonda comprensione dei concetti fondamentali quali lo spazio, il tempo, il vuoto, il movimento e quindi l’energia oscura e lo stesso Universo.

    Purtroppo è sempre forte la tentazione, favorita dalla alcune tendenze retrograde dell'accademia, di preferire l’analisi alla sintesi “inventando” ed introducendo all’occorrenza nelle teorie particelle o parametri liberi per far “tornare i conti”, piuttosto che rimboccarsi le maniche alla ricerca di una più fondamentale sottostante teoria.

    Ma la Natura funziona realmente così? Può darsi, ma forse è un modo troppo semplicistico e poco coraggioso di aggirare gli ostacoli e le reali difficoltà di comprensione di una probabile teoria più generale ed onnicomprensiva della realtà.
    Lo scopo della scienza, e della fisica in particolare, non può e non deve ridursi infatti alla sola ricerca dell'accordo con i dati empirici, ma deve essere quello di capire e spiegare, nei termini più fondamentali e semplici possibili, il funzionamento dell’universo dall’inizio del tempo, se ve ne sia effettivamente stato uno, all’eternità.

    Proprio dalle straordinarie proprietà del vuoto della gravità quantistica e dai fenomeni di coerenza elettrodinamica quantistica potrebbero derivare sviluppi nuovi e sorprendenti nella direzione di una vera Teoria del Tutto.

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    Re: Le meraviglie della Fisica Quantistica

    (Alcuni articoli estratti da Scienza e Conoscenza N. 47 - Gen/Feb/Mar 2014)

    Olivier Costa De Beauregard: il coraggio di uno scienziato senza pregiudizi


    Costa de Beauregard ha fondato una “scuola” di matematici, fisici, ingegneri, biologi, che da solide basi scientifiche affronta rigorosamente, ma con mente aperta, le tematiche di confine come la PARAPSICOLOGIA
    (Giuseppe Vatinno 03/03/2014)


    Olivier Costa de Beauregard (1911-2007), in seguito anche solo DB, è stato una figura particolare (1- In questo ricorda, fate le dovute proporzioni, il matematico filosofo e Premio Nobel per la Letteratura Bertrand Russell) nell’ambito del panorama scientifico francese e internazionale.
    Laureato e dottorato sia in Fisica che in Letteratura rappresenta il prototipo di quel tipo di intellettuale olistico che per sua natura si presenta come elemento di sintesi tra mondi così diversi.

    Naturalmente, tale apertura mentale lo ha poi portato a occuparsi anche di quelle che io definisco “scienze di confine” (2- Cfr. Vatinno G., La Scienza dei cultori del confine. Appunti per una metodologia della conoscenza, Armando Ed., Roma, 2010) e che, se interpretate seriamente, possono rappresentare un crogiuolo da cui escono rivoluzioni intellettuali nei campi del sapere.
    DB fu allievo del famoso fisico e premio Nobel francese L. de Broglie (3 - Noto per la sua interpretazione ondulatoria della materia e premio Nobel per la Fisica nel 1929.) con cui collaborò stabilmente a partire dal 1940.

    La sua carriera scientifica si è concretizzata negli anni divenendo direttore di ricerca del prestigioso CNRS, il Centro Nazionale della Ricerca (l’equivalente del nostro CNR) e poi all’Istituto Henri Poincaré di Parigi.

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