Teoría de supercuerdas

Representación visual de una variedad de Calabi-Yau. Se postula que las dimensiones extras de la teoría de supercuerdas tienen esta forma.

La teoría de supercuerdas es un esquema teórico para explicar todas las partículas y fuerzas fundamentales de la naturaleza en una sola teoría, que modela las partículas y campos físicos como vibraciones de delgadas cuerdas supersimétricas, las cuales se mueven en un espacio-tiempo de más de 4 dimensiones.

Una de las motivaciones esgrimidas por los teóricos de las supercuerdas es que el esquema es una de las mejores teorías candidatas para formular una teoría cuántica de la gravedad. La teoría de las supercuerdas es una taquigrafía de la teoría supersimétrica de cuerdas porque, a diferencia de la teoría de cuerdas bosónica, ésta es la versión de la teoría de cuerdas que, mediante la supersimetría, incorpora a los fermiones.

La teoría de las supercuerdas comprende cinco teorías o formulaciones alternativas de teorías de cuerdas combinadas, en la que se han introducido requerimientos de supersimetría. El nombre de teoría de cuerdas se usa actualmente como sinónimo, ya que todas las teorías de cuerdas ampliamente estudiadas son, de hecho, teorías de supercuerdas.

La idea fundamental es que las partículas en realidad son cuerdas que vibran en resonancia a una frecuencia de la longitud de Planck y en donde el gravitón sería una cuerda de espín 2 y masa nula.

Recientemente se ha podido probar que varias de estas formulaciones son equivalentes y tras todas ellas podría existir una teoría unificada o teoría del todo. Las cinco teorías existentes no serían más que casos límite particulares de esta teoría unificada, denominada provisionalmente como Teoría M. Esta teoría M intenta explicar a la vez todas las partículas subatómicas existentes y unificar las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza. Define el universo formado por multitud de cuerdas vibrantes, ya que es una versión de la teoría de cuerdas que incorpora fermiones y la supersimetría.

El principal problema de la física actual es poder incorporar la fuerza de la gravedad tal y como la explica la teoría de la relatividad general al resto de las fuerzas físicas ya unificadas. La teoría de las supercuerdas sería un método de unificación de dichas teorías. La teoría está lejos de estar acabada y perfilada, ya que hay muchísimas variables sin definir, por lo que existen varias versiones de la misma.

Antecedentes

El problema de fondo en la física teórica es armonizar la teoría de la relatividad general, donde se describen la gravitación y las estructuras a gran escala ( estrellas, galaxias, cúmulos), con la mecánica cuántica, donde se describen las otras tres fuerzas fundamentales que actúan a nivel sub-atómico.

El desarrollo de la teoría cuántica de campos de una fuerza invariable resulta en infinitas (y útiles) probabilidades. Los físicos han desarrollado técnicas matemáticas de renormalización para eliminar esos infinitos de tres de las cuatro fuerzas fundamentales -electromagnetismo, nuclear fuerte y nuclear débil- pero no de la gravedad. El desarrollo de la teoría cuántica de la gravedad debe, por lo tanto, venir de diferente manera que de los usados para las otras fuerzas.

La idea básica es que los constituyentes fundamentales de la realidad son cuerdas de una longitud de Planck (cercano a 10−35 m) que vibran a frecuencias de resonancia. Cada cuerda en teoría tiene una única resonancia, o armonía. Diferentes armonías determinan diferentes fuerzas fundamentales. La tensión en la cuerda es del orden de las fuerzas de Planck (1044 N). El gravitón (nombre propuesto para la partícula portadora de la fuerza gravitacional), por ejemplo, es predicha por la teoría que sea una cuerda con amplitud cero. Otra idea clave de la teoría es que no pueden ser detectadas diferencias mensurables entre cuerdas que recapitulan sobre dimensiones pequeñas en sí mismas y muchas que se mueven en grandes dimensiones (p.e. que afectan a una dimensión de tamaño R iguales a una de tamaño 1/R). Las singularidades son evitadas porque las consecuencias observables del " gran colapso" nunca alcanzan el tamaño cero. De hecho puede el universo comenzar un pequeño "gran colapso" de procesos, la teoría de cuerdas dice que el universo nunca puede ser más pequeño que el tamaño de una cuerda, a ese punto podría comenzar a expandirse.

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