Fisica fondamentale e simmetrie locali: gravità e spin elevati

Al cuore di una serie di questioni di fisica fondamentale si osservano carenze nella comprensione del regime infrarosso per teorie fondate su principi di invarianza locale. Dal Modello Standard della Fisica delle Particelle Elementari alle formulazioni quantistiche della gravità, inclusa la Teoria delle Stringhe, numerose questioni di base non hanno ancora trovato risposte soddisfacenti. Tra queste, la definizione stessa della matrice S per teorie con divergenze infrarosse, il ruolo degli stati di spin elevato nello spettro della stringa nel limite di tensione nulla, la possibile origine della tensione di stringa mediante rottura di una simmetria di gauge di spin elevato, il ruolo delle simmetrie asintotiche nel programma di ricostruzione olografica di teorie di gravità quantistica, l’origine geometrica delle relazioni di doppia copia tra ampiezze di gravitoni e teorie gluoniche (alla base della sorprendente equivalenza formale Gravità = (Yang-Mills)^2), il significato ultimo della località in teoria dei campi. Le linee di ricerca in corso di esplorazione nel nostro gruppo si collocano all’interno di questo quadro di riferimento; esse includono in particolare:
▪ Studio dell’origine lagrangiana e del significato geometrico delle relazioni di doppia copia che esprimono ampiezze di gravitoni in termini di processi mediati da gluoni.
▪ Struttura del gruppo di simmetria asintotico per teorie descritte da un principio di simmetria locale ed esplorazione dei settori associati alle formulazioni duali secondo Hodge di ogni data teoria.
▪  Ricostruzione del gruppo BMS della gravità su spazi asintoticamente piatti mediante doppia copia delle simmetrie asintotiche associate a teorie di gauge di spin 1.
▪ Formulazione di teorie di campo interagenti per particelle di spin elevato e massa qualsiasi; connessione con la dinamica degli stati
corrispondenti contenuti negli spettri perturbativi di stringa.
▪ Natura matematica e significato fisico dell’algebra asintotica alla base del regime infrarosso di quanti senza massa di qualsiasi spin.
Connessioni di tale algebra asintotica con a) le algebre di spin elevato note; b) le W-algebre che governano le simmetrie asintotiche in
dimensioni basse; c) le algebre di Carroll che emergono quando si contrae l’algebra di Poincaré nel limite di velocità della luce nulla.

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