¿Universo de más dimensiones? ¿Dónde?

                T. Kaluza                                   Oskar Benjamin Klein

Las dimensiones mas altas fueron introducidas en una teoría unificada por primera vez en 1919, en Alemania, por Theodor Kaluza. Kaluza le escribió a Einstein sugiriéndole que su sueño de hallar una teoría unificada de la fuerza de gravitación y el electromagnetismo podía realizarse si elaboraba sus ecuaciones en un espaciotiempo de cinco dimensiones. Einstein al principio se burlo de la idea,  mas tarde, pensando y estudiando la sugerencia con mas frialdad y examen mas profundo, lo reconsideró y ayudo a Kaluza a que pudiera publicar su articulo.

Pocos años mas tarde, el físico sueco Oskar Klein publico una version del  de Kaluza que lo mejoraba dejando un diseño matemático mas fino, de mas calidad y que explicaba de manera mas contundente lo que la teor

ia quería significar al elevar la teoría a cinco dimensiones y lograr unificar la gravedad con el magnetismo. Desde entonces, la teoría es conocida como de Kaluza-Klein y, aunque parecía muy interesante, en realidad nadie sabia que  con ella hasta los años setenta, cuando resulto beneficioso trabajar en la supersimetria.

                                                                             Hipotéticas partículas supersimétricas

En la física de partículas, la supersimetría es una simetría hipotética que podría relacionar las propiedades de los bosones y los fermiones. La supersimetría también es conocida por el acrónimo inglés SUSY.

Aunque todavía no se ha verificado experimentalmente que la supersimetría sea una simetría de la naturaleza, reviste interés teórico porque la supersimetría puede resolver diversos problemas teóricos como el problema de la jerarquía, además de ofrecer candidatos adicionales para explicar la “materia oscura”.

La supersimetría es parte fundamental de muchos modelos teóricos, entre ellos la teoría de supercuerdas, que generaliza a la teoría de cuerdas. Recientes mediciones sobre las colisiones en el LHC no han dado pistas sobre la existencia de las partículas predichas por la supersimetría lo que resulta ser un gran golpe a la teoría.

Pronto Kaluza-Klein estuvo en los labios de todo el mundo (los físicos mas destacados del hablaron de esa teoría). Aunque la teoría de cuerdas en particular y la supersimetría en general apelaban a mas dimensiones, las cuerdas tenían un modo de seleccionar su dimensionalidad requerida. Pronto se hizo evidente que la teoría de cuerdas solo seria eficaz en, diez, once y veintiséis dimensiones, y solo invocaba dos posibles grupos de simetría: SO(32) o E_{8 x} E₈. Cuando una teoría apunta  algo tan tajantemente, los científicos prestan atención, y a finales de los años ochenta había muchos físicos que trabajaban en “las cuerdas”.

                               El Modelo estándar se nos quedó pequeño, iremos más lejos

La cuerda es cuántica y gravitatoria, de sus entrañas surge,  por arte de magia, la partícula mensajera de la fuerza de gravedad: el gravitón. Funde de  natural las dos teorías físicas más poderosas de que disponemos, la mecánica cuántica y la relatividad general, y  se convierte en supercuerda (con mayores grados de libertad) es capaz de describir bosones y fermiones, partículas de fuerza y de materia. La simple vibración de una cuerda infinitesimal podría unificar todas la fuerzas y partículas fundamentales.

“Como te puedes imaginar, estas dimensiones son muy muy pequeñas, de hecho tienen la longitud de planck. Por eso nunca vamos a poder medirlas en la vida real. Pero las cuerdas, que también son muy muy pequeñas (de hecho algunas hasta tienen la longitud de planck), tienen la opción de vibrar en nuestras 3 dimensiones espaciales, o pueden vibrar en estas 6 dimensiones arrolladas (prefiero usar el término arrolladas que circulares, ya que los espacios de Calabi-Yau no son circulares en lo absoluto).

El simple hecho de que las cuerdas puedan vibrar en 9 dimensiones (3 largas y 6 arrolladas) es lo que hizo que las ecuaciones de la teoría de cuerdas fueran capaces de explicar todas las 4 fuerzas fundamentales. La ventaja de tener una teoría unificada, es que en vez de usar montones de ecuaciones diferentes, los físicos ahora sólo pueden usar las ecuaciones de la teoría de cuerdas, y ya está.”

 

 

“El gif nos muestra el espacio de Kalabi-Yau en todo su esplendor. Tan sólo muestra 3 dimensiones de este, y es imposible ilustrar más de 3 dimensiones. Pero recuerda que todos los espacios de Calabi-Yau tienen 6 dimensiones, las cuales pueden estar ubicadas de diferentes maneras. En otras palabras, no existe una forma específica de como es un espacio de Calabi-Yau, ya que podemos agrupar 6 dimensiones de infinitas maneras diferentes. “

 

Parece que todo está hecho de cuerdas, incluso el espacio y el tiempo podrían emerger de las relaciones, más o menos complejas,  cuerdas vibrantes. La materia-materia, que tocamos y nos parece tan sólida y compacta, ya sabíamos que está conformada por grandes espacios vacíos, pero no imaginábamos que era tan sutil como una cuerda de energía vibrando. Los átomos, las galaxias, los agujeros negros, todo son marañas de cuerdas y supercuerdas vibrando en diez u once dimensiones espaciotemporales.

Lo cierto es que, andamos un poco perdidos y no pocos físicos (no saben -si de forma interesada-), insisten una y otra vez, en cuestiones que parecen no llevar a ninguna parte y que, según las imposibilidades que nos presentan esos caminos, ¿no sería conveniente elegir otros derroteros para indagar nuevas físicas mientras tanto?, para dejar que avanzasen las tecnologías, se adquieran más potentes y nuevas formas de energías que nos puedan permitir llegar a sondear las cuerdas y poder vislumbrar si es cierto, que puedan existir esas cuerdas vibrantes que, con sus resonancias crean las partículas y la materia.

Nos queda mucho  poder oír las vibraciones de esas “cuerdas” que la física trata de encontrar, y, mientras tanto, oiremos vibrar esas otras que nos ofrece el violín en las manos expertos del músico con experiencia. Mientras tanto, esas otras cuerdas cuya existencia intuimos y soñamos, si es cierto que están ahí, seguirán silenciosas vibrando y creando materia a partir de esa ínfima sustancia que no hemos podido observar… ¡por el momento!

Quedaba mucho y duro trabajo por hacer, pero las perspectivas eran brillantes. y, de entre todos ellos, los mas destacados fueron Schwarz y sus colaboradores en supercuerdas Green y Edward Witten. Ellos fueron los artífices de un gran periodo de aventura intelectual que desembocó en la más moderna versión de la teoría de cuerdas que elaboro E. Witten con el  de Teoría M. Esta teoría de más altas dimensiones nos ha llevado a una enorme profundidad matemática en el campo de la topología y, desde luego, ha dejado un panorama muy optimista en el horizonte.

Tal optimismo,  luego, podría ser equivocado, ya que, de momento, solo contamos con el aparato teórico de la teoría y su verificación experimental se nos escapa al requerir disponer de la energía de Planck de 10¹⁹ GeV para comprobarla y, de momento, dicha energía  fuera del alcance humano.

                                     Como nadie las ha podido ver, las imaginamos de mil maneras

Einstein, como todos sabeis, dedico buena  de la segunda mitad de su vida a intentar hallar una teoría de campo unificada de la gravitación y el electromagnetismo, con expectativas populares tan altas que las ecuaciones de su labor en marcha eran expuestas en escaparates a lo largo de la Quinta Avenida de Nueva York, donde eran escudriñadas por multitud de curiosos que no las entendían. En aquel tiempo, Einstein desconocía que las matemáticas precisas  desarrollar una teoria asi, aun no existían. De ahí su fracaso en el intento. Él paradójicamente, había ignorado los principios cuánticos, a pesar de haber sido uno de los padres de la teoría.

, retomemos las cuerdas. Los críticos del concepto de supercuerda señalaron que las afirmaciones sobre sus posibilidades se basaban casi enteramente en su belleza interna. La teoría no había siquiera repetido los logros del Modelo Estándar, ni había hecho ni una sola predicción que pudiera someterse a prueba mediante experimentos. Una teoría así, más que teoría era una gran conjetura a la que le quedaba mucho camino por andar.

              Hemos podido ver otras muchas cosas …, ni fotinos ni selectrones han aparecido nunca

 puedo admirar la imagen de un púlsar o un magnetar, me siento transportado a regiones lejanas del espacio en las que, ese magnetar o magnetoestrella (que es una estrella de neutrones alimentada con un campo magnético extremadamente fuerte y, simplemente se trata de una variedad de púlsar cuya característica principal es la expulsión, en un breve período -equivalente a la duración de un relámpago-, de enormes cantidades de alta energía en  de rayos X y rayos gamma. ), ha surgido a partir de una estrella masiva y se ha conformado  un extraño objeto exótico que nos produce sorpresa y admiración al ver como, a partir de una cosa totalmente diferente, por medio de transiciones de fase de diversa índole, se llega a formar otro objeto totalmente distinto del que fue.

¿Estamos perdidos y hablamos de fotinos,  squarks, etc. Estas partículas que son predichas por las teorías que unifican todas las fuerzas de la naturaleza. Forman un conjunto de contrapartidas de las partículas a las que estamos habituados y que nos son bien conocidas. Se nombran en analogía a sus compañeras : el squars es el compañero supersimétrico del quark, el fotino del fotón, etc. Las más ligeras de estas partículas ¿podrían ser la materia oscura?. Si es así, cada partícula probablemente pesaría al menos cuarenta veces más que un protón.

La supersimetría ordenaba que el Universo debía contener familias enteras de nuevas partículas, entre ellas “selectrones” (equivalente supersimétrico del electrón) y “fotinos” (equivalentes del fotón), pero no especificaba las masas hipotéticas de tales partículas. La ausencia de pruebas aducidas en búsquedas preliminares de partículas supersimétricas, como las realizadas en el acelerador PEP de Stanford y el PETRA de Hamburgo, por lo tanto no probaban nada; siempre se poda imaginar que las partículas eran demasiado masivas para ser producidas en esas maquinas y habría que esperar a otras mas adelantadas del futuro que, como  el LHC, nos pueda sacar a la luz, algunas de esas partículas supersimétricas que confirmarían la teoría.

                ¡Fotinos y selectrones! ¿Dónde? El LHC con sus 14 TeV ha llegado (según nos cuentan) al Bosón de Higgs pero… ¡cuerdas! No aparecen esas partículas supersimétricas y, la teoría, se tambalea.

La Teoria M que antes mencionaba, es una version mas adelantada, en 11 dimensiones, nos ha dejado un cuadro que ilusiona y,  luego, si finalmente se puede verificar lo que predice, estaríamos ante una teoría cuántica de la gravedad y, desde luego, nos explicaría el Universo como nunca antes se pudo hacer. Claro que, nosotros, pobres mortales e ignorantes, nos seguimos haciendo las mismas preguntas:

¿Donde, pues, hemos de buscar ese universo hiperdimensional de la simetría perfecta? El mundo en el que vivimos esta lleno de simetrías rotas, y solo tiene cuatro dimensiones. La respuesta llega de la Cosmología, la cual nos dice que el universo supersimétrico, si existió, pertenece al pasado. La implicación de esto es que el universo empezó en un  de perfección simétrica, del que evoluciono al universo menos simétrico en el que vivimos. Si es así, la búsqueda de la simetría perfecta es la búsqueda del secreto del origen del universo, y la atención de sus acólitos puede, volverse con buenas razones, como las caras de las flores al alba, hacia la blanca luz de la génesis cósmica.

¡Nos queda tanto por saber!

emilio silvera