Una delle frontiere della fisica teorica è la ricerca di una teoria capace di ricollegare in un unico schema tutti i fenomeni fisici conosciuti, cioè la ricerca di una teoria del tutto. Attualmente, infatti, non è possibile inquadrare insieme la teoria della relatività ristretta e generale, che vedremo nel capitolo «L’Universo», e la fisica quantistica. Non esiste, cioè una teoria quantistica della gravità e, pertanto, l’interazione gravitazionale rimane irrimediabilmente fuori dalla descrizione del Modello Standard.
Precedentemente è stata proposta una teoria che sembrerebbe rispondere all’esigenza di un quadro unitario. La cosiddetta teoria delle superstringhe si basa sul principio che tutte le particelle elementari sono in realtà generate da modi normali di vibrazione di «corde» microscopiche, dette appunto stringhe. Esse hanno dimensioni pari a quella più piccola concepibile in fisica, ossia oltre la quale il concetto di dimensione perderebbe ogni significato fisico, ovvero la lunghezza di Planck, il cui valore sperimentale è
data dalla formula
dove G è la costante di gravitazione universale, c è la velocità della luce nel vuoto e ħ è la costante di Planck ridotta, pari a
Secondo questa teoria, quindi, l’Universo è composto da una specie di «orchestra» di minuscole corde vibranti che si differenziano quindi dagli oggetti puntiformi del Modello Standard. Le stringhe non sono costituite da particelle più piccole, ma sono esse stesse elementari anche se estese nello spazio, tuttavia date le loro dimensioni, circa 1020 volte inferiori a quelle di un atomo, sembrano puntiformi anche se osservate dagli strumenti più potenti che abbiamo a disposizione (figura 26).
Le stringhe possono essere aperte o chiuse e forniscono uno schema consistente che descrive in maniera unificata il campo elettromagnetico e quello gravitazionale, come il Modello Standard non è in grado di fare. La teoria delle superstringhe è in grado di rendere conto delle quattro forze fondamentali, elettromagnetiche, gravitazionali, ma anche debole e forte, e di tutte le altre particelle fondamentali note. Tale teoria ha inoltre il vantaggio di essere consistente con le leggi della relatività di Einstein, dove spazio e tempo non sono più quantità assolute e distinte (come quelle newtoniane nella meccanica classica), ma relative e indistinguibili in un continuum spazio-temporale a dieci dimensioni: una temporale e nove spaziali, ovvero sei in più rispetto alle tre che si conoscono dall’esperienza quotidiana. Oltre a essere molte, le dimensioni in più previste dalla teoria delle superstringhe hanno una struttura arrotolata a forma di spazi di Calabi-Yau (figura 27).
La teoria delle superstringhe è una teoria giovanissima, non ancora accettata come teoria dotata di un significato fisico, accertata sperimentalmente. Tuttavia è estremamente elegante dal punto di vista matematico e potente dal punto di vista della fisica: verificare sperimentalmente se le extra dimensioni nello spazio esistano o meno sarà una delle sfide più avvincenti della fisica delle particelle elementari.
