La teoría de las cuerdas como alternativa a las dimensiones múltiples

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Por Andrew Zimmerman Jones, Daniel Robbins

Existen diferentes maneras en las que las dimensiones adicionales requeridas por la teoría de cuerdas pueden manifestarse y si las dimensiones adicionales son realmente necesarias. En el enfoque de Gates, él cambia esencialmente las dimensiones por cargas. Esto crea una especie de enfoque dual que es matemáticamente similar al enfoque en dimensiones de espacio extra, pero que en realidad no requiere las dimensiones de espacio extra ni requiere adivinar las técnicas de compactación para eliminar las dimensiones extra.

Esta idea se remonta a una propuesta de 1938 del físico británico Nicolas Kemmer. Kemmer propuso que las propiedades mecánicas cuánticas de carga y espín eran diferentes manifestaciones de la misma cosa. Específicamente, dijo que el neutrón y el protón eran idénticos, excepto que rotaban de manera diferente en alguna dimensión extra, lo que resultó en una carga sobre el protón y ninguna carga sobre el neutrón.

La matemática resultante, que analiza las propiedades físicas de estas partículas, se denomina espacio de carga isotópica (desarrollado originalmente por Werner Heisenberg y Wolfgang Pauli, luego utilizado por Kemmer). Aunque se trata de un “espacio imaginario” (es decir, que las coordenadas son inobservables en el sentido habitual), la matemática resultante describe las propiedades de protones y neutrones, y está en la base del actual Modelo Estándar.

El enfoque de Gates fue tomar la idea de Kemmer en la dirección opuesta: Si usted quisiera deshacerse de dimensiones adicionales, tal vez podría verlas como imaginarias y obtener cargos. (La palabra “carga” en este sentido significa una nueva propiedad a rastrear, como “carga de color” en QCD.) El resultado es tomar las dimensiones vibratorias de la cuerda heterotica y verlas como “carga izquierda” y “carga derecha”.

Cuando Gates aplicó este concepto a la cadena heterotica, el comercio no salió parejo – para renunciar a seis dimensiones espaciales, terminó ganando más de 496 cargas correctas!

De hecho, junto con Siegel, Gates fue capaz de encontrar una versión de la teoría de cuerdas heterotica que coincidió con estas 496 cargas correctas. Además, su solución mostraba que los cargos de la izquierda corresponderían al número de familia. (Hay tres generaciones conocidas, o familias, de leptones: las familias de los electrones, los muones y los tau. El número de familia indica a qué generación pertenece la partícula.)

Esto puede explicar por qué hay múltiples familias de partículas en el Modelo Estándar de la física de partículas. Basándose en estos resultados, una teoría de cuerdas en cuatro dimensiones podría requerir familias de partículas adicionales. De hecho, requeriría muchas más familias de partículas que las tres que los físicos han visto. Estas familias adicionales (si existen) podrían incluir partículas que podrían formar la materia oscura invisible en nuestro universo.