Teoria dei campi e delle stringhe

La teoria dei campi è lo strumento base in fisica teorica per descrivere il comportamento delle particelle elementari e delle interazioni fondamentali. Il suo raggio d’azione si estende anche ai fenomeni critici in meccanica statistica e alla materia condensata. Al momento abbiamo un ottimo controllo della teoria dei campi a livello perturbativo mentre una piena comprensione degli aspetti non perturbativi è oggetto di ricerca di grande attualità. Questa può essere raggiunta tramite approcci basati sul gruppo di rinormalizzazione, l’olografia e le dualità, la supersimmetria e l’integrabilità che permettono di far emergere strutture algebriche e analitiche il cui studio può condurre a risultati esatti.

Un altro problema aperto della fisica moderna è la formulazione di una teoria consistente di gravità quantistica e l’unificazione delle interazioni fondamentali. La teoria delle stringhe è uno dei principali candidati per questo scopo e prevede l’esistenza di dimensioni extra, brane e  supersimmetria. Il limite a basse energie di compattificazioni di stringa riproduce la relatività generale e teorie di gauge simili al Modello Standard. Una completa comprensione delle implicazioni delle stringhe per la fisica delle particelle e la cosmologia è però ancora mancante.

Dettagli sulle attività in Teoria dei campi e stringhe sul sito del gruppo teorico  (in inglese). 

Attività

Aspetti geometrici e topologici della teoria dei campi e delle stringhe

Modelli sigma non lineari.  Quantizzazione  di Batalin-Vilkovisky nella formulazione geometrica di Alexandrov-Kontsevich-Schwartz-Zaboronsky. Teoria di gauge superiore.

Metodi Worldline

Studio di metodi di prima quantizzazione, noti come “worldline methods”. Lo scopo è quello di trovare rappresentazioni alternative di ampiezze di scattering e azioni efficaci in QFT con accoppiamenti di gauge e gravitazionali, anche ispirandosi alle teorie di stringhe.

Anomalie in QFT

Le anomalie descrivono la rottura quantistica di simmetrie classiche. Hanno applicazioni di vasta portata, che vanno dal vincolare il contenuto di materia delle teorie di gauge alla caratterizzazione di proprietà non perturbative delle QFT e del loro comportamento sotto l'azione del gruppo di rinormalizzazione.

QFT, CFT in d>2 e gruppo di rinormalizzazione

Lo spazio astratto delle possibili teorie quantistiche di campo è caratterizzato da punti invarianti rispetto a trasformazioni di scala (punti fissi del gruppo di rinormalizzazione) o conformi. Considerando le simmetrie che il contenuto di spin determina, si formulano nuove teorie di campo complete nell’UV e si studiano nuove classi di universalità in teorie statistiche e nella costruzione di nuovi modelli di interazioni fondamentali oltre quello standard

Integrabilità in teorie supersimmetriche in 4D, stringhe e metodi di Bethe ansatz

L’integrabilità è una proprietà profonda di una classe di teorie che permette di calcolare esattamente quantità fisiche non banali grazie ad una struttura fisica e matematica soggiacente. In generale, tale proprietà si manifesta in maniera naturale in due dimensioni e se appare in dimensioni più elevate diventa ancora più rimarchevole.  Il nostro interesse si concentra sulle teorie di gauge supersimmetriche in 4D, che rivestono anche un interesse fenomenologico, e sul loro legame (dualità) con  teorie di stringa, dove la struttura bidimensionale della teoria porta naturalmente all’integrabilità. Lo scopo finale di questi studi è quello di arrivare a modelli più fondamentali e realistici per le interazioni. Nelle teorie di campo integrabili è possibile considerare, in maniera esatta e unificata, il problema del comportamento termodinamico e quello degli effetti di volume finito, usando l’idea del Bethe Ansatz Termodinamico (TBA). Lo sviluppo delle strutture matematiche soggiacenti al TBA ha rivelato architetture algebriche e analitiche sorprendenti, connesse con altri ambiti della matematica e della fisica e tuttora oggetto di attivi e coinvolgenti approfondimenti.

Fisica del non equilibrio e campi quantistici

La fisica del non equilibrio è una delle maggiori sfide della meccanica statistica moderna. Gli sviluppi degli ultimi anni hanno enfatizzato l’esistenza di metodi di QFT per affrontare questi fenomeni, non solo a livello classico, ma anche a quello quantistico, ove sono collegati alla fisica degli atomi freddi e dei condensati bosonici. L’approccio a “quantum quench” è ormai maturo, mentre la idrodinamica generalizzata (GHD) è in una fase di attivo sviluppo in questi ultimi anni. In entrambi gli approcci, l’integrabilità e la fisica non perturbativa giocano un ruolo essenziale.

Compattificazioni di stringa

Studio della teoria effettiva di supergravità in quattro dimensioni per compattificazioni di stringa su spazi di Calabi-Yau con brane, orientifold e flussi di background. Calcolo di correzioni perturbative e non-perturbative. Stabilizzazione dei moduli di stringa aperta e chiusa. Meccanismi di rottura della supersimmetria e realizzazione di vuoti di de Sitter in modelli di D-brane chirali che sono globalmente consistenti e danno luogo a promettenti applicazioni alla cosmologia ed alla fisica delle particelle.

Teoria dei campi in spazi curvi

Sviluppo di metodi della teoria dei campi quantistici in spazi curvi, soprattutto del gruppo di rinormalizzazione, per applicazioni ai problemi di gravità quantistica e cosmologia.

Progetti e collaborazioni nazionali e internazionali

Le attività di ricerca in questa linea si inquadrano anche nell’ INFN, ST&FI, GAST, FLAG. Numerose collaborazioni sono attive con Università/Istituti italiani (Modena, Trieste, Roma, Padova) e stranieri [Morelia (MX), Potsdam (DE), Cambridge (UK), Oxford (UK), Durham (UK), King’s College (UK), City University (UK), DESY (DE), Heidelberg (DE), Perimeter (CA), Texas A&M (US), Colorado (US), Oklahoma (US), New Mexico (US), HRI Institute (IN), Ewha University (KR), Paris (FR), Melbourne (AU), Budapest (HU) ] .

Membri dello staff DIFA

Fiorenzo Bastianelli

Professore associato confermato

Michele Cicoli

Professore associato

Alexandr Kamenchtchik

Professore ordinario

Francesco Ravanini

Professore associato confermato

Francisco Manuel Soares Verissimo Gil Pedro

Ricercatore a tempo determinato tipo b) (senior)

Roberto Zucchini

Professore associato confermato

Studenti PhD e post-doc DIFA

Igor Broeckel

Dottorando

Daniele Gregori

Dottorando

Tutor didattico

Octavio Pomponio

Dottorando

Tutor didattico

PRINCIPALI COLLABORATORI INFN