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Panoramic View of Current Research in String Theory & Supergravity by Pietro Fré

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Presentazione sul tema: "Panoramic View of Current Research in String Theory & Supergravity by Pietro Fré"— Transcript della presentazione:

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2 Panoramic View of Current Research in String Theory & Supergravity by Pietro Fré

3 Plan The People: presenting the Torino String Group and its international framework. The Theory: briefly recalling the 40 year history of the subject. The Current Problems: summarizing the current research lines and problems. The Results: summarizing the recent Torino contributions to the development of the subject.

4 The People: presenting the Torino String Group 1.University of Torino 2.Politecnico of Torino 3.University of Piemonte Orientale A. Avogadro (Alessandria) Three Universities with close and continuous interaction:

5 University of Torino staff: Marco BILLO (ricercatore UNI) Anna CERESOLE (Primo Ricercatore INFN) Alessandro DADDA (Direttore di Ricerca INFN) Marialuisa FRAU (ricercatore UNI) Pietro FRE (Prof. Ordinario) Jeanette NELSON (Prof. Associato) Igor PESANDO (Prof. Associato) Stefano SCIUTO (Prof. Ordinario) Carlo ANGELANTONJ (ricercatore in attesa di presa servizio) postdoc: Jos GHEERARDYN (Ph.D. From Leuven University Belgium) graduate students: A. APOLLONI F. GARGIULO F. LONEGRO M. MARESCOTTI K. RULIK (from Kiev BLTP Ukraine) G. VALLONE

6 research associates: Laura ANDRIANOPOLI Mario TRIGIANTE 2+2 year position postdoc: Luca SOMMOVIGO Politecnico of Torino staff: Leonardo CASTELLANI (Professore Ordinario) Alberto LERDA (Professore Ordinario) University of Alessandria staff: Riccardo DAURIA (Professore Ordinario) research associates: Paolo ASCHIERI P. Antonio GRASSI

7 Project MRTN-CT Constituents, Fundamental Forces and Symmetries of the Universe (Short title: ForcesUniverse) Ludwig-Maximians-Universität München Max-Planck-Institut für Gravitationsphysik Potsdam Universidad de BarcelonaUniversidad de Barcelona, Universidad de ValenciaUniversidad de Valencia Consejo Superior de Investigaciones Cientificas MadridConsejo Superior de Investigaciones Cientificas Madrid, Universidad de Santiago de Compostela, Universidad de OviedoUniversidad de Santiago de Compostela Institudes des Hautes Etudes Bures-sur-YvetteInstitudes des Hautes Etudes Bures-sur-Yvette, Ecole PolytechniqueEcole Polytechnique Ecole Normale Superieure Paris (CRNS)Ecole Normale Superieure Paris (CRNS), Service de Physique Theorique Saclay Nordita Copenhagen Trinity College Dublin INFN FrascatiINFN Frascati, Napoli UniversityNapoli University Torino UniversityTorino University, Torino Politecnico,University of AllesandriaTorino Politecnico K.U. Leuven Imperial College London Universite de Neuchâtel University of Patras Institute for Nuclear Research and Nuclear Energy of the Bulgarian Academy of Sciences Sofia Universiteit Utrecht Universität Bonn University of Iceland Padova UniversityPadova University, SISSA TriesteSISSA Trieste Universita de Milano-BicoccaUniversita de Milano-Bicocca, Universita di Milano (Milano I)Universita di Milano (Milano I) V.U. BrusselV.U. Brussel, U.L.BruxellesU.L.Bruxelles University Edinburgh ETH-Zürich University of Craiova Description of the network consortium The network involves 25 participants, who collaborate with 11 supporting institutes. It is for a large part a continuation of a RTN network.RTN network Coordination: Dieter Lüst, Physics Department, Ludwig-Maximians- Universität München, Theresienstr. 37, D München, telephone: , muenchen.de We are organized in the following groups with each main contractor written in bold and supporting institutes in Italics: The European Network

8 The Italian String Network The Italian String Network (cofinanced by the Ministry of Education)

9 The Theory I fisici teorici hanno elaborato una teoria unificata di tutte le interazioni fondamentali la cui storia comincia nel 1968 e si articola in quattro periodi LEvo Antico LEvo Medio LEtà Moderna LEtà postmoderna

10 L EVO ANTICO dal 1969 al 1975 durante il quale essa è inventata e pensata come una teoria delle interazioni forti ovvero nucleari (Veneziano, Fubini, )

11 LEVO MEDIO dal 1976 al 1984 dopo la scoperta che le stringhe chiuse descrivono le interazioni gravitazionali (Scherck, Schwarz, Gliozzi, Olive...) e la parallela scoperta di una teoria supersimmetrica della gravità: la supergravità (Ferrara, Freedman, Van Nieuwenhuizen)

12 LETA MODERNA dal 1984 al 1994 Inizia con la Prima Rivoluzione della Stringa (1984) seguita alla scoperta della cancellazione delle Anomalie (Green & Schwarz). Questa scoperta riduce il numero di teorie di stringa consistenti a cinque

13 LETA POSTMODERNA dal 1994 ad oggi Ma è ancora una stringa o é una p-brana ? O sono tante p-brane? Una Nuova Democrazia: La Democrazia delle brane Inizia con la Seconda Rivoluzione delle Stringhe (1994) (Hull & Townsend, Witten) e la scoperta che le cinque teorie sono legate tra di loro da dualità

14 La Teoria delle Stringhe ha quasi 40 anni!! Che cosa abbiamo imparato dalla teoria delle stringhe? Abbiamo imparato che.....

15 Se guardiamo a fondo dentro la materia troviamo delle…... Elettrone=leptone Nucleone Quarks Stringhe aperte e chiuse stringhe !

16 I costituenti ultimi della materia sono delle minuscole cordicelle, dette STRINGHE Stringa aperta Stringa chiusa Lunghezza caratteristica cm

17 Le Particelle sono le note di un violino Particella A Particella B Particella C Le particelle fanno un concerto

18 Tra le varie note emesse dalla stringa ci sono: le particelle del le particelle del modello standard modello standard il gravitone (mediatore il gravitone (mediatore della gravità) della gravità)

19 Consistenza restrizioni (1984) Solo 5 teorie di superstringa Solo 5 teorie di superstringa sono consistenti sono consistenti Tutte richiedono uno spazio- Tutte richiedono uno spazio- tempo a tempo a 10 dimensioni ! INOLTRE ABBIAMO IMPARATO CHE: E sono collegate alla teoria di supergravità in D=11 che è la teoria efficace di una misteriosa M teoria unificante tutte le stringhe

20 Ma l universo ha 4 dimensioni! COMPATTIFICAZIONE 10 4 se 6 dimensioni sono piccole ed arrotolate Allora otteniamo delle teorie quadrimensionali il cui spettro di particelle e di campi é determinato dalla geometria delle dimensioni arrotolate

21 La Geometria delle dimensioni compatte... Le sei dimensioni compatte sono state scelte in vari modi interessanti Una possibilità è data dal toro T 6 o dai suoi orbifolds rispetto a gruppi discreti T 6 /G. Una possibilità di grande rilievo è data dalle varietà di Calabi Yau: CY La teoria dello spazio dei moduli dei CY è un capitolo di matematica e fisica cui hanno contribuito in maniera forte i supergravitisti ed in modo particolare il gruppo Torino-Cern (Geometria Speciale di Kahler ).

22 Abbiamo pure imparato..... che la Teoria della Stringa oltre alle dimensioni extra implica anche lesistenza di

23 p-brane oggetti estesi p-dimensionali ( ) ( ) Le Dp-brane sono definite come le superfici a cui si attaccano gli estremi delle stringhe aperte.

24 Ad esempio una 2-brana evolve nel tempo e spazza una 3-superficie La Teoria delle Stringhe contiene oggetti estesi di tutte le dimensioni Le p-brane si muovono nello spazio a 10 dimensioni e descrivono delle superfici di mondo p+1 dimensionali Alternativamente possiamo considerare le Dp brane come bordi dello spazio tempo a 10 dimensioni che assorbono (od emettono) stringhe chiuse

25 The Current Problems: the most relevant on-going research lines Gauge/Gravity correspondence. Classical Supergravity and String/Brane dynamics describe the quantum dynamics of gauge theory. Fixing the Moduli and Flux Compactifications: modern compactifications with p-form fluxes on manifolds with G- structures help creating scalar potential and fixing the moduli. (Lifting the immense vacuum degeneracy) New schemes for covariant quantization and formulations of M-theory. Pure spinors and other approaches to string quantization with RR bckg fields. Gauging the hidden superalgebras of M-theory String Cosmology from brane-constructions : braneworlds and the landscape approach. SUSY breaking, embedding the standard model and looking for accelarating cosmologies

26 Gauge/Gravity and Strings Dp-Brane as SUGRA soliton Dp-brane as world volume gauge theory Dp-brane as boundary state in 2d CFT A Magic Triangle

27 Fixing the moduli Flat direction in moduli space = Vacuum degeneracy The moduli (= deformation parameters of the compact manifold) are scalar fields in the effective supergravity theory. Adding fluxes, namely vev.s of p+1 forms: The flat direction is removed

28 Brane worlds, Cosmology and SM Il modello standard è identificato con la teoria di gauge che vive su una D3 brana. La D3 brana fluttua nello spazio tempo a D=10 I gravitoni hanno una barriera efficace di potenziale per penetrare le dimensioni trasverse alla brana. I fattori di scala cosmologici nelle dimensioni trasverse e parallele alla brana hanno andamenti diversi.....

29 The Recent Results Supergravity & branes Strings and Branes

30 General formulation of maximal SUGRA in diverse dimensions, SUGRA gaugings, scalar potentials and FI terms. (Andrianopoli, Ceresole, DAuria, Frè, Trigiante and students) Role of tensor multiplets in string compactifications. (DAuria, Sommovigo and Trigiante) Cosmic biliards, oxidation and duality groups in low dimensions (E 8, E 9, E 10 ). (Frè, Trigiante and students, also in collaboration with Leuven) Gauging of M-theory hidden superalgeras. (Castellani, Frè, students and Grassi connection with pure spinors ) Mirror symmetry in flux compactifications. (DAuria and students) No-scale SUGRA. (DAuria, Trigiante also in collaboration with CERN) Analysis of curved domain-wall solutions in SUGRA theories. (Ceresole, also in collaboration with Leuven) Supergravity & Branes

31 Strings & Branes Gauge/gravity correspondence in systems of fractional D- branes or wrapped branes. (Billò, Frau, Lerda, Pesando, also in collaboration with Nordita and Napoli) Study of the geometry produced by D-branes and of its applications in dual gauge theories. (Billò, Frau, Frè, Lerda, Pesando, also in collaboration with Nordita and Napoli) Non-perturbative properties of gauge theories (e.g. instantons) using strings and branes. (Billò, Frau, Lerda, Pesando, also in collaboration with Roma Tor Vergata) Deformed field theories (e.g. non-anti-commutative theories) as theories of open strings in non trivial closed string background. (Billò, Frau, Lerda, Pesando, Sciuto, also in collaboration with CERN and SISSA) Charged open strings and their interactions. (Sciuto collaboration with Cern) Applications of Berkovits formalism and pure spinors to string theory (Grassi, Castellani and Frè)

32 Outreach activities DVD Movie: Strings and cosmic billiards by P. Frè


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