Medaglia Dirac 2024, l’ICTP di Trieste premia la fisica che lega i popoli e cerca di unificare le forze della natura

Una medaglia scientifica in puro spirito olimpico in nome della fisica teorica. Provengono dal Giappone, dall’Argentina e dagli Stati Uniti i vincitori di quest’anno del premio Dirac attribuito dall’ICTP di Trieste. I quattro scienziati sono stati insigniti del riconoscimento per il loro contributo agli sforzi per unificare le quattro forze fondamentali della natura, il Sacro Graal a cui i fisici teorici puntano da più di mezzo secolo.

Horacio Casini e Marina Huerta del Consiglio nazionale tecnico e scientifico argentino (CONICET) e dell’università nazionale di Cuyo, Shinsei Ryu dell’università di Princeton, e Tadashi Takayanagi dell’università di Kyoto hanno infatti vinto la Medaglia Dirac 2024 dell’ICTP, “per i loro importanti contributi sull’entropia quantistica nelle teorie di campo quantistiche e nella gravitazione”.

“In questi tempi difficili, la medaglia Dirac sottolinea che la scienza trascende i confini e offre un linguaggio comune che facilita il dialogo tra culture e permette di superare le differenze politiche”, spiega Atish Dabholkar, direttore dell’ICTP. “Le loro ricerche sono state condotte in diversi angoli del mondo - in Argentina, Giappone e Stati Uniti - come se ci fosse una qualche correlazione intellettuale tra loro. Parte del lavoro di Casini e Huerta è stato svolto all'ICTP di Trieste”, ha detto Dabholkar che, congratulandosi con i premiati, ha aggiunto, “A mio parere, questa è una manifestazione dell'unità essenziale della fisica e dell'idea che la scienza è patrimonio comune e creazione di tutta l'umanità, una convinzione fondante dell'ICTP”.

Istituita nel 1985 come riconoscimento di importanti contributi nel campo della fisica teorica, per molti la Medaglia Dirac dell’ICTP è stato un passo verso premi ancor più importanti, come il Nobel o la medaglia Fields. A scegliere i vincitori quest’anno è stato un comitato composto da due premi Nobel, tra cui l’italiano Giorgio Parisi, ed altri eminenti scienziati, tutti vincitori della medaglia in anni precedenti, e presieduto da Dabholkar.

Una delle caratteristiche più sorprendenti della fisica quantistica è la capacità delle particelle di continuare ad interagire anche quando molto lontane. Questa proprietà, chiamata “entanglement”, è al centro dei lavori dei quattro scienziati premiati quest’anno dall’ICTP.

“I vincitori della Medaglia Dirac 2024 hanno dato contributi pionieristici alla comprensione di diversi aspetti dell'entanglement quantistico. Il lavoro di Ryu e Takayanagi ha rivelato un'affascinante e profonda connessione tra la meccanica quantistica e la teoria dell'informazione, da un lato, e la geometria dello spazio-tempo e la gravità, dall'altro", spiega Dabholkar, "mentre il lavoro di Casini e Huerta utilizza le proprietà dell'entropia dell'entanglement quantistico per derivare importanti risultati generali sulla struttura delle teorie di campo quantistiche". La medaglia di quest'anno premia quindi ricerche che mettono insieme due aspetti della fisica - la meccanica quantistica e la gravità - la cui descrizione unificata è stata il 'Graal' dei fisici teorici per più di mezzo secolo.

Nel 2015 i quattro vincitori della Medaglia hanno ricevuto il premio New Horizons in Physics della fondazione Breakthrough, lanciato e finanziato da un gruppo di miliardari e filantropi della Silicon Valley, tra cui Mark Zuckerberg e la moglie Priscilla Chan.

I risultati dei premiati sull’entropia quantistica, tra meccanica quantistica e gravità

Il comitato di selezione descrive così lavori dei quattro premiati:

L'entropia quantistica, o entropia di von Neumann, è una misura della quantità di informazione associata a uno stato quantistico.  Viene chiamata anche "entropia di entanglement" quando si considera un sottosistema di un sistema più grande, che si trova in uno stato puro.

Nel 2006, Ryu e Takayanagi hanno avanzato la proposta innovativa che l'entropia di von Neumann di un sistema gravitazionale sia data dall'area di una superficie minima nella geometria dello spaziotempo. Si tratta di una formula simile, ma non uguale, alla famosa formula di Bekenstein-Hawking per l'entropia di un buco nero in termini di area del suo orizzonte. Questa proposta, ora nota come formula di Ryu-Takayanagi, ha molte implicazioni che chiariscono aspetti dei buchi neri e dell'olografia. In questi ambiti ha portato anche a importanti applicazioni ai sistemi fortemente interagenti.

Casini e Huerta hanno studiato aspetti dell'entropia quantistica nelle teorie di campo quantistiche, concentrandosi sull'entropia delle sottoregioni, e hanno poi applicato questi risultati allo studio dei flussi del gruppo di rinormalizzazione. In 1+1 dimensioni hanno dimostrato che l'entropia di un intervallo diminuisce monotonicamente sotto il flusso del gruppo di rinormalizzazione, fornendo una prova alternativa del teorema c. Hanno esteso questo ragionamento alle teorie di campo in 2+1 dimensioni, dimostrando che l'entropia di una sottoregione circolare in 2+1 dimensioni diminuisce sotto il flusso del gruppo di rinormalizzazione. Casini e collaboratori hanno ulteriormente esteso queste idee a 3+1 dimensioni.

Casini ha utilizzato le proprietà dell'entropia relativa quantistica per fornire una formulazione precisa e una prova elegante di una versione del limite di Bekenstein.

I vincitori della Medaglia Dirac 2024

Horacio Casini è ricercatore presso il Consiglio Nazionale Scientifico e Tecnico (CONICET) e presso l'Instituto Balseiro, Bariloche, Argentina. È stato insignito del premio New Horizons in Physics 2015.

Marina Huerta è ricercatrice presso il CONICET e presso l'Instituto Balseiro dell’Universidad Nacional de Cuyo, in Argentina. Ha ricevuto il premio New Horizons in Physics nel 2015.

Shinsei Ryu è professore di fisica all'Università di Princeton. Ha ricevuto numerosi riconoscimenti per le sue ricerche, tra cui il Simons investigator award, il Nishina Memorial Prize e il premio New Horizons in Physics nel 2015.

Tadashi Takayanagi è professore di fisica all'Università di Kyoto. È stato insignito del Premio Yukawa-Kimura nel 2011, del Premio Nishinomiya-Yukawa Memorial nel 2013 e del Premio New Horizons in Physics nel 2015.

La Medaglia Dirac

La Medaglia Dirac dell'ICTP viene assegnata ogni anno a scienziati che hanno dato contributi significativi alla fisica teorica. Viene conferita in onore di P.A.M. Dirac, uno dei più grandi fisici del XX secolo e molto legato al Centro, in occasione del suo compleanno, l'8 agosto. Un comitato internazionale di illustri scienziati seleziona i vincitori da un elenco di candidati nominati. I membri del comitato di selezione di quest'anno sono: Alessandra Buonanno, Atish Dabholkar (presidente), Michael Green, David Gross, Juan Maldacena, Giorgio Parisi, Subir Sachdev.

Centro Internazionale di fisica teorica “Abdus Salam” (ICTP)

Da 60 anni, il Centro internazionale di fisica teorica Abdus Salam (ICTP) è una forza trainante degli sforzi globali per far progredire le competenze scientifiche nei Paesi in via di sviluppo.

Fondato nel 1964 dal premio Nobel Abdus Salam, l'ICTP è un'istituzione unica nel suo genere che esplora questioni scientifiche fondamentali ai massimi livelli, promuove un impegno attivo con gli scienziati dei Paesi in via di sviluppo e fa progredire la cooperazione internazionale attraverso la scienza.