Teoría de Cuerdas: La historia de la supersimetría

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Teoría de cuerdas para tontos

Por Andrew Zimmerman Jones, Daniel Robbins

Como consecuencia del éxito del Modelo Estándar, la teoría de cuerdas no era necesaria para explicar la física de partículas. En cambio, casi por accidente, los teóricos de las cuerdas comenzaron a darse cuenta de que la teoría de cuerdas podría ser la misma que resolvería el problema de la gravedad cuántica.

En 1974, el Modelo Estándar se había convertido en la explicación teórica de la física de partículas y estaba siendo confirmado experimento tras experimento. Con una base estable, los físicos teóricos buscaban ahora nuevos mundos que conquistar, y muchos decidieron abordar el mismo problema que había aquejado a Albert Einstein durante las últimas décadas de su vida: la gravedad cuántica.

El gravitón se encuentra escondido en la teoría de cuerdas

El gravitón es una partícula que, según las predicciones de la teoría del campo unificado, mediaría la fuerza gravitacional. En un sentido muy real, el gravitón es la fuerza de la gravedad. Un hallazgo importante de la teoría de cuerdas fue que no sólo incluye el gravitón, sino que requiere su existencia como una de las partículas sin masa discutidas anteriormente en este capítulo.

En 1974, Joel Scherk y John Schwarz demostraron que una partícula sin masa de spin-2 en la teoría de las supercuerdas podría ser realmente el gravitón. Esta partícula estaba representada por una cuerda cerrada (que formaba un bucle), a diferencia de una cuerda abierta, donde los extremos están sueltos. Ambos tipos de cuerdas se muestran en esta figura.

La teoría de cuerdas exige que estas cuerdas cerradas deben existir, aunque las cuerdas abiertas pueden o no existir. Algunas versiones de la teoría de cuerdas son perfectamente coherentes matemáticamente, pero sólo contienen las cuerdas cerradas. Ninguna teoría contiene solamente cuerdas abiertas, porque si tienes cuerdas abiertas, puedes construir una situación en la que los extremos de las cuerdas se encuentran entre sí y, voilà, existe una cuerda cerrada.

Desde un punto de vista teórico, esto era asombroso (en el buen sentido). En lugar de tratar de meter la gravedad en la teoría, el gravitón se cayó como una consecuencia natural. Si la teoría de las supercuerdas era la ley fundamental de la naturaleza, entonces requería la existencia de la gravedad de una manera que ninguna otra teoría propuesta había hecho jamás!

La otra teoría de la gravedad supersimétrica: Supergravedad

Supergravedad es el nombre de las teorías que intentan aplicar la supersimetría directamente a la teoría de la gravedad sin el uso de la teoría de cuerdas. A lo largo de los últimos años de la década de 1970, este trabajo se desarrolló a un ritmo más rápido que la teoría de cuerdas, principalmente porque era popular mientras que el campo de la teoría de cuerdas se había convertido en un pueblo fantasma. Las teorías de la supergravedad resultan importantes en el desarrollo posterior de la teoría M.

En 1976, Daniel Freedman, Sergio Ferrara y Peter van Nieuwenhuizen aplicaron la supersimetría a la teoría de la gravedad de Einstein, dando como resultado una teoría de la supergravedad. Lo hicieron introduciendo al supersocio del gravitón, el gravitino, en la teoría de la relatividad general.

Basándose en este trabajo, Eugene Cremmer, Joel Scherk y Bernard Julia pudieron demostrar en 1978 que la supergravedad podía escribirse, en su forma más general, como una teoría de 11 dimensiones. Las teorías de la supergravedad con más de 11 dimensiones se desmoronaron.

La supergravedad finalmente cayó presa de las inconsistencias matemáticas que plagaron la mayoría de las teorías de la gravedad cuántica (funcionó bien como una teoría clásica, siempre y cuando la mantuvieras alejada del reino cuántico), dejando espacio para que la teoría de las supercuerdas se elevara de nuevo a mediados de la década de 1980, pero no desapareció por completo.

Los teóricos de las cuerdas no reciben ningún respeto

A finales de la década de 1970, a los teóricos de las cuerdas les resultaba difícil ser tomados en serio, y mucho menos encontrar un trabajo académico seguro. A medida que avanzaba la década, dos de las principales fuerzas detrás de la teoría de cuerdas se encontraban obstáculo tras obstáculo para conseguir una cátedra segura.

A John Schwarz se le había negado el puesto en Princeton en 1972 y pasó los siguientes 12 años en CalTech en un puesto temporal, sin estar seguro de que se renovaran los fondos para su trabajo. A Pierre Ramond, que había descubierto la supersimetría y había ayudado a rescatar la teoría de cuerdas del olvido, se le negó el puesto en Yale en 1976.

Con el telón de fondo de la incertidumbre profesional, los pocos teóricos de las cuerdas continuaron su trabajo a finales de la década de 1970 y principios de la década de 1980, ayudando a superar algunos de los obstáculos extra dimensionales de la supergravedad y otras teorías, hasta que llegó el día en que las cosas cambiaron y pudieron reivindicar el alto nivel de la física teórica.

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