Stringhe, gravità, e campi quantistici
La teoria delle stringhe è una teoria quantistica che unifica tutte le interazioni fondamentali, inclusa la gravità. La nostra ricerca esplora le sue implicazioni per la fisica di bassa energia, i modelli di supergravità e le applicazioni fenomenologiche, le proprietà dei buchi neri, gli aspetti non-perturbativi dei campi quantistici. Per questo scopo utilizziamo e sviluppiamo tecniche basate su simmetrie, integrabilità, metodi algebrici e geometrici, olografia e altre dualità non-perturbative.
Staff
Professoresse e Professori di I fascia: Gianguido Dall’Agata, Luca Martucci, Fabio Zwirner
Professoresse e Professori di II fascia: Kurt Lechner, Pieralberto Marchetti, Stefano Massai, Marco Matone, Alessandro Sfondrini, Roberto Volpato
Ricercatrici e Ricercatori: Fabio Apruzzi
Assegniste/i e Borsiste/i
Maxim Emelin,Matheus Augusto Fabri, Stefano Gregorio Giaccari, Davide Polvara, Antons Pribytoks, Torben Skrzypek
Dottorande/i
Francesco Bedogna, Fabio Billiato, Niccolò Risso, Davide Rovere, Enrico Turetta
Collaboratrici e collaboratori esterni
Davide Cassani (staff INFN), Alessandra Gnecchi (staff INFN), Jessica Hutomo (assegnista INFN), Gianluca Inverso (staff INFN), Angel Murcia (assegnista INFN), Dmitri Sorokin (staff INFN), Colin Sterckx (assegnista INFN)
Attività di ricerca
Fisica delle basse energie in teoria delle stringhe e in gravità quantistica
Questa linea di ricerca esplora le proprietà caratteristiche delle teorie effettive di bassa energia compatibili con la teoria delle stringhe e la gravità quantistica. In questo contesto, il nostro gruppo studia la struttura delle azioni effettive, i possibili meccanismi di rottura della supersimmetria, le strutture geometriche e non geometriche delle compattificazioni di stringa, le implicazioni fisiche delle brane e degli effetti non-perturbativi, e i vincoli generali di bassa energia imposti dalla gravità quantistica.
Contatti: Apruzzi, Dall’Agata, Gnecchi, Martucci, Massai, Zwirner
Dualità e invarianza conforme in teorie di campo
Le dualità come quella di Wegner, quella elettromagnetica, o la dualità-S, sono strumenti fondamentali per studiare le proprietà di teorie su reticolo, di campo, di stringa e di brane in regimi nei quali non si può ricorrere ad approssimazioni perturbative. L’attività del nostro gruppo si focalizza sull'analisi di teorie di gauge non-lineari invarianti per dualità e dei loro limiti di campi deboli e forti. Tra queste spicca la recente scoperta dell'unica possibile estensione non-lineare dell’elettrodinamica di Maxwell invariante per dualità e per la simmetria conforme, chiamata ModMax. Lo studio di ModMax ha aperto diverse prospettive di ricerca, in particolare nel contesto della fisica dei buchi neri e della nuova classe delle deformazioni delle teorie di campo, in varie dimensioni, costruite con il tensore energia-impulso (chiamate deformazioni TTbar e root-TTbar).
Contatti: Kurt Lechner, Pieralberto Marchetti, Alessandro Sfondrini, Sorokin
Buchi neri e olografia
Il paradosso dell'informazione dei buchi neri è una vivida manifestazione delle difficoltà che sorgono nel formulare una teoria della gravità secondo i principi della meccanica quantistica. Il nostro gruppo utilizza strumenti della teoria delle stringhe e dell'olografia al fine di raggiungere una migliore comprensione delle proprietà microscopiche dei buchi neri. In particolare, l’applicazione di tecniche avanzate di teoria supersimmetrica dei campi permette di calcolare e confrontare l'entropia macroscopica e microscopica dei buchi neri. Inoltre, la struttura dei microstati dei buchi neri viene studiata utilizzando tecniche di supergravità e di worldsheet.
Contatti: Cassani, Dall’Agata, Gnecchi, Massai
Modelli integrabili ed applicazione alla teoria di stringa
Lo studio dei sistemi integrabili (cioè esattamente risolubili in virtù delle proprie simmetrie) ha segnato l’evolversi della fisica teorica, dal problema di Keplero al modello di Ising. Il nostro studio si concentra sui sistemi quantistici integrabili che studiamo tramite un "bootstrap" basato su condizioni di analiticità, unitarietà e simmetria, nonché dal punto di vista algebrico. Le applicazioni sono molteplici: alla teoria della stringa (specialmente nel contesto delle dualità olografiche), alla teoria dei campi, delle ampiezze di scattering, nonché verso la matematica con lo studio dei quantum groups e delle algebre toroidali.
Contatti: Alessandro Sfondrini, Sorokin
Struttura delle teorie di supergravità
Le simmetrie di dualità svolgono un ruolo importante nella teoria delle stringhe e nella supergravità. Strumenti geometrici avanzati, come la geometria generalizzata e la “exceptional field theory”, rivelano come la struttura delle compattificazioni di supergravità sia governata da questi gruppi di dualità. Essi forniscono strumenti particolarmente efficaci per studiare le proprietà fisiche delle configurazioni geometriche e non geometriche. In questo contesto, il nostro gruppo lavora sia sugli aspetti più formali che sulle applicazioni fisiche.
Contatti: Cassani, Dall’Agata, Inverso, Martucci
Metodi algebrici e geometrici in teoria di stringhe
Gli ultimi anni hanno visto un fiorire di nuove fruttuose sinergie tra la teoria delle stringhe, e teoria dei numeri, algebra e geometria. Il nostro gruppo è interessato alla descrizione della corretta misura di integrazione sullo spazio dei supermoduli delle superfici di Riemann supersimmetriche di genere g in termini di funzioni modulari. Tale espressione è fondamentale per il calcolo di ampiezze di superstringhe a g-loop. Stiamo inoltre investigando il ruolo di forma modulari e automorfe e le loro relazioni in un numero di esempi in fisica e matematica: come termini di accoppiamento nell’azione effettiva di stringhe a bassa energia, come funzioni generatrici delle molteplicità di microstati di buchi neri, come invarianti topologici in geometria enumerativa, e come caratteri di rappresentazioni di algebre infinito dimensionali.
Contatti: Marco Matone, Roberto Volpato
Teorie di campo conformi e applicazioni
Le teorie di campo conformi sono fondamentali in un ampio spettro di teorie fisiche, dalla descrizione di punti fissi del flusso di rinormalizzazione, ai punti critici in modelli di meccanica statistica, alla teoria delle stringhe, alla descrizione olografica di teorie di gravità. Il lavoro del nostro gruppo si concentra sulle proprietà generali delle teorie di campo (super-)conformi in due e in quattro dimensioni, in particolare in relazione alla dualità AdS/CFT. Lo scopo è di ottenere risultati esatti utilizzando metodi di tipo algebrico (algebre di vertice) o tecniche proprie dei sistemi integrabili.
Contatti: Alessandro Sfondrini, Roberto Volpato
QFT non-perturbativa e simmetrie generalizzate
La comprensione delle simmetrie nella teoria quantistica dei campi (QFT) è di cruciale importanza per svelare i principi fondamentali che governano i sistemi fisici. Parte dell’attività del nostro gruppo di ricerca si concentra sullo studio di nuove simmetrie "generalizzate" della QFT, utilizzando anche modelli olografici e di teoria delle stringhe, e delle loro applicazioni alle teorie di gauge fortemente accoppiate, alla fenomenologia e alla gravità quantistica.
Contatti: Apruzzi, Cassani, Martucci
Aspetti non-perturbativi in teoria di gauge e superconduttività ad alta Tc
La superconduttività ad alta Tc trovata nei cuprati non ha ancora trovato una spiegazione definitiva e non è descrivibile in termini perturbativi. Il nostro gruppo studia un approccio non-perturbativo al problema, basato in particolare su teorie di Chern-Simons, in buon accordo coi dati sperimentali, che coinvolge diversi aspetti non-perturbativi anche topologicamente interessanti: statistiche di treccia anomale, numeri quantici frazionari e vortici quantistici, statistica di esclusione di Haldane e la versione topologica del teorema di Luttinger.
Contatti: Pieralberto Marchetti
Fondamenti di meccanica quantistica
L'equazione di Hamilton-Jacobi quantistica e l'equazione di continuità hanno un ruolo rilevante in un'ampia gamma di argomenti di ricerca, dai fondamenti della meccanica quantistica agli aspetti della gravità quantistica, come nel caso dell'equazione di Wheeler-DeWitt. Risulta che queste equazioni si riducono a una sola introducendo due campi vettoriali. Scopo della ricerca è indagare le implicazioni di tale formulazione. Un altro argomento è lo studio della dualità Classica-Quantistica risultante dalla trasformata di Fourier del funzionale generatore in QFT. Inoltre è in programma lo studio di una possibile relazione tra meccanica quantistica e relatività generale, utilizzando la rappresentazione lineare delle equazioni di Friedmann formulata recentemente.
Contatti: Marco Matone
