Moshe Rozali, un fisico dell’Università della British Columbia, spiega.

Questi numeri sembrano essere scelti nella ricerca di una teoria fondamentale della materia. Più si indaga sulla struttura fondamentale della materia, più le cose sembrano diventare semplici. Nello sviluppo di nuove teorie che possano comprendere quelle attuali, gli scienziati cercano una maggiore semplicità sotto forma di simmetria. Oltre ad essere elegante, la simmetria è utile per limitare il numero di modelli concorrenti. Più simmetria c’è, meno modelli che si adattano a quella simmetria esistono.

Una simmetria utile è chiamata supersimmetria, che collega la materia sotto forma di fermioni con i portatori di forza sotto forma di bosoni. Si tratta di un’elegante simmetria che mette in relazione aspetti apparentemente diversi del nostro universo. Anche se questa simmetria è ancora teorica, il Large Hadron Collider, che dovrebbe entrare in funzione entro la fine del decennio, la cercherà sperimentalmente. Fermioni e bosoni differiscono per la proprietà nota come spin. Nelle unità quantistiche, i fermioni hanno spin mezzo intero, mentre i bosoni hanno spin intero. La supersimmetria mette in relazione gli spin delle particelle che differiscono per metà. Per esempio, si pensa che l’elettrone, che ha spin , abbia un partner chiamato selectron, che ha spin 0; in questo senso l’elettrone e il selectron sono immagini speculari. Tutte le loro proprietà sono legate l’una all’altra dalla simmetria. Così, anche il bosone e il fermione possono essere collegati in questa simmetria.

Ma ci può essere più di una supersimmetria, proprio come c’è più di un modo di posizionare uno specchio. Una singola supersimmetria collega un bosone a un fermione. Se ci sono altre simmetrie di questo tipo, esse collegano più bosoni e fermioni e quindi unificano più aspetti del nostro universo. Per esempio, con una supersimmetria aggiuntiva, l’elettrone e il selezionatore avrebbero ulteriori partner di spin 0 e 1. La simmetria limiterebbe anche la forma in cui questi partner possono interagire tra loro.

In definitiva, però, troppa simmetria semplifica la teoria al punto da essere banale. Tutte le particelle non sono in grado di interagire tra loro o con i nostri strumenti di misura. Questa non è certamente una buona cosa da costruire per un teorico, quindi l’obiettivo è quello di ottenere la massima quantità di simmetria che permetta ancora una fisica interessante.

Una guida in questa ricerca è un teorema ideato dai fisici Steven Weinberg e Edward Witten, che dimostra che le teorie contenenti particelle con spin superiore a 2 sono banali. Ricordate che ogni supersimmetria cambia lo spin di una metà. Se vogliamo che lo spin sia tra -2 e 2, non possiamo avere più di otto supersimmetrie. La teoria risultante contiene un bosone di spin-2, che è proprio quello che serve per trasmettere la forza di gravitazione e quindi unire tutte le interazioni fisiche in un’unica teoria. Questa teoria – chiamata supergravità N=8 – è la teoria massimamente simmetrica possibile in quattro dimensioni ed è stata oggetto di intense ricerche fin dagli anni ’80.

Un altro tipo di simmetria si verifica quando un oggetto rimane lo stesso nonostante venga ruotato nello spazio. Poiché non esiste una direzione preferita nello spazio vuoto, le rotazioni in tre dimensioni sono simmetriche. Supponiamo che l’universo abbia qualche dimensione in più. Questo porterebbe a simmetrie extra perché ci sarebbero più modi di ruotare un oggetto in questo spazio esteso che nel nostro spazio tridimensionale. Due oggetti che sembrano diversi dal nostro punto di vista nelle tre dimensioni visibili potrebbero in realtà essere lo stesso oggetto, ruotato a gradi diversi nello spazio a dimensioni superiori. Quindi tutte le proprietà di questi oggetti apparentemente diversi saranno correlate tra loro; ancora una volta, la semplicità sarebbe alla base della complessità del nostro mondo.

Questi due tipi di simmetria sembrano molto diversi, ma le teorie moderne li trattano come due lati della stessa medaglia. Le rotazioni in uno spazio a più dimensioni possono trasformare una supersimmetria in un’altra. Quindi il limite del numero di supersimmetrie pone un limite al numero di dimensioni extra. Il limite risulta essere di 6 o 7 dimensioni oltre alle quattro dimensioni di lunghezza, larghezza, altezza e tempo, entrambe le possibilità danno luogo esattamente a otto supersimmetrie (la M-teoria è una proposta per unificare ulteriormente entrambi i casi). Qualsiasi altra dimensione risulterebbe in troppa supersimmetria e in una struttura teorica troppo semplice per spiegare la complessità del mondo naturale.