¿La Teoría de Cuerdas? ¿Qué es eso? Iª Parte

 
TEORÏA M
Hoy día para superar los problemas que la teoría de las cuerdas suscita, la que más adeptos tiene es la teoría M.
La teoría de las cuerdas ha sobrevivido como teoría del campo unificado, en primer lugar porque se basa en un objeto extendido con lo que evita muchas de las divergencias asociadas con las partículas puntuales que nos lleva energía infinitas. La cuerda en cambio, tiene una medida definida y puede demostrarse que las divergencias están distribuidas a lo largo de la cuerda por lo que todas las cantidades físicas permanecen finitas, pero solo en el número exacto de 10 dimensiones desaparecen todas las divergencias que aparecen en otras teorías.
Las cuerdas poseen algunas de las simetrías mayores que se conocen en la ciencia. Una simetría que intercambia no sólo los quarks sino todas las partículas de la naturaleza, es decir capaz de hacer que todas las ecuaciones sigan siendo las mismas si se reorganizan todas las partículas atómicas entre sí. Esta es la simetría de las supercuerdas, a la que llamamos supersimetría.
Para ello, cada partícula subatómica tienen que tener una pareja, cada fermión está aparejado con un bosón y aunque nunca se hayan visto, los físicos han dao a la pareja del electrón el nombre de selectrón, con spin 0. Las interacciones débiles incluyen los letones y su pareja serán los sleptones, es decir anteponer una s para describir la superpareja. De la misma forma el quark tiene su pareja de spin 0 que es el squark. Estas partículas aún no han podido se detectadas en los colisionadores por no ser estos suficientemente potente para ello. Ahora tenemos una simetría lo bastante grande para incluir el universo entero.
La supersimetría anula las divergencias al cancelarse una a otra las partes bosónicas y fermiónicas., por lo que la simetría aparece no solo como una simetría agradable que aúna todas las partículas de la naturaleza, sino que esencial para cancelar las divergencias de las teoría de las cuerdas.
De todas formas, aunque la teoría de la supersimetría representa un gran paso, la verdad es que no hay ninguna prueba experimental que la sustente.  La teoría ofrece además soluciones que nos llevan asombrosamente al modelo estándar con sus colecciones variopintas de partículas subatómicas extrañas y sus 19 parámetros libres. Ofreciendo una respuesta sencilla al porqué el modelo estándar tiene tres generaciones redundantes.
Otra teoría es la de las cuerdas heteróticas, basada en las curvas cerradas. Se trata de la teoría única de supercuerdas de los años 80 y 90 ya que era lo bastante rica como para permitir analizar el modelo estándar y teorías UGT.
En 1976 varios físicos descubrieron que la teoría original de Einstein podía volverse supersimétrica introduciendo solo un campo nuevo, una superpareja del campo de gravedad, llamado gravitino de spín 3/2. Esta nueva teoría se llamo supergravedad y se basaba en partículas puntuales en vez de en cuerdas. La supergravedad podía escribirse en tan solo 9 dimensiones y por eso en los años 80 se pensó que podía tratarse de la legendaria teoría del campo unificado. Pero no tardó en chocar con problemas difíciles que había dado al traste con teorías anteriores.
Otra teoría supersimétrica que puede existir en once dimensiones es la teoría de las supermembranas. Aunque las cuerdas tienen una sola dimensión definida por la longitud, la membrana puede tener dos o más dimensiones porque representa una superficie. Se demostró que había dos tipos de membranas autocoherentes en once dimensiones.
 En 1994 se produjo un nuevo descubrimiento que iba a cambiar todo el paisaje, ya que se encontraron matemáticamente que la teoría de las cuerdas de 10 dimensiones era en realidad una aproximación a una teoría superior y misteriosa de 11 dimensiones. Poco después, se vio que podía demostrarse que las cinco teorías de las cuerdas eran la misma y que se trataba sólo de diferentes aproximaciones a la misma teoría misteriosa de once dimensiones.
A esta teoría se le denominó teoría M y no solo unificaba las cinco teorías de cuerdas, sino que explicaba el misterio de la supergravedad, como teoría de once dimensiones que contenía  solo dos partículas con masa 0, el gravitón original de Einstein y su pareja supersimétrica (gravitino). En cambio la teoría M tiene un número infinito de partículas con masas diferentes. Es decir, la teoría de la supergravedad no era más que un subconjunto de la teoría M. De la misma manera, si hacemos un ovillo de una dimesión, la membrana se convierte en cuerda. En la undécima dimensión, las distintas teoría de cuerdas se pueden identificar como una sola.
Haoy dí, para superar los p`roblemas que la teoría de las cuerdas suscita surge una nueva poderosa Teoría. la Teoría M.,
Una de las características más novedosas de la teoría M es que no solo introduce las cuerdas, sino una colección completa de membranas de diferentes colecciones en las que a las partículas punto se llaman “cero-branas”, porque son objetos infinitamente pequeños y no tienen dimensiones. Una cuerda es “uno-brana” porque es un objeto unidimensional definido por su longitud, una membrana es “dos-brana” como la superficie de un balón de baloncesto (puede flotar en tres dimensiones, pero en realidad su superficie es de dos. Nuestro universo sería algún tipo de “tres-brana”, un objeto tridimensional que tiene longitud, anchura y altura.
Por otra parte, la teoría M no sólo tiene la serie más grande de simetrías conocidas por los físicos, sino que tiene otro truco: la dualidad, que le da la asombrosa capacidad de absorber las cinco teorías de supercuerdas en una sola.
Las ecuaciones revisadas de Maxwell permanecen exactamente iguales si intercambiamos el campo eléctrico por el magnético y la carga eléctrica con la inversa de la carga magnética. Eso significa que electricidad es equivalente al magnetismo, equivalencia que se llama “dualidad”.
La mayor ventaja de la teoría M sobre la teoría de las cuerdas es que las dimensiones superiores, en lugar de ser bastante pequeñas, pueden ser grandes,  incluso observables en el laboratorio. La teoría M también presenta membranas y por tanto nos lleva a entender nuestro universo como una membrana flotando en un universo mecho más grande. Concretamente, si el universo es realmente un tres-brana flotando en el espacio superdimensional, tal vez sea la que explique por qué la gravedad es tan débil comparada con las otras tres fuerzas.
Precisamente el hecho de que la gravead sea tan débil es lo que explica por qué las estrellas son tan granes ya que necesita toda la masa de una estrella para acumular hidrógeno de manera que pueda acumular hidrógeno de forma que pueda superar la fuerza eléctrica de repulsión del protón.
Partamos de la base de que el universo es un tres-brana flotando en un mundo de 5 dimensiones. Las vibraciones en la superficie de la tres-brana corresponden a los átomos que vemos a nuestro alrededor. Así, estas vibraciones nunca dejan las tres-brana y por tanto no pueden desviarse hacia la quinta dimensión. Aunque nuestro universo flote en la quinta dimensión, nuestros átomos no pueden dejar nuestro universo. Entonces ¿Dónde está la quinta dimensión?. La respuesta es que estamos flotando en la quinta dimensión, pero no podemos entrar en ella porque nuestros cuerpos están pegados a la superficie de una tres-brana.
Se ha sugerido que quizás la quinta dimensión no sea infinita, sino que está a un milímetro de la nuestra, flotando justamente por encimas de nuestro universo y si fuese así podríamos comprobarlo buscando pequeñas desviaciones de la lay de la gravedad de Newton en distancias muy pequeñas. Prcisamente se ha comprobado en laboratorio pequeñaas desviaciones en la lay del cuadrado inverso.
Otro enfoque era que la quinta dimensión no estuviese a un milímetro, sino que quizás fuera hasta infinita. Para llegar a eso tuvieron que explicar como podía ser infinita sin destruir la ley de la gravedad de Newton.
La tres-brana tiene un tirón gravitatorio propio que impide a los gravitnoes ir libremente a la quinta dimensión. Los gravitones tienen que abarrerse a la tres-brana a causa de la gravedad que ejerce la tres-brana..
Si los físicos que mantienen esto tienen razón, la gravedad es igual de potente que las otras fuerzas y si se atenúa es porque parte de ella se filtra al espacio de dimensiones superiores.
Las membranas también dan una respuesta plausible aunque especulativa al enigma de la materia oscura. Imaginemos que hay un universo paralelo suspendido por encima del nuestro. Cualquier galaxia del universo paralelo sería invisible para nosotros. Pero como la curvatura del hiperespacio es lo que causa la gravedad, esta podría saltar a través de los universos. Así pues, la materia oscura puede ser causada por la presencia de un universo paralelo.
 

Gracias emilio… ya tengo deberes para el fin de semana…objetivo hacerme un mapa mental de la situacion actual de la fisica y sus diversos posibles caminos… me das una buena fuente de partida… entiendo algunas cosas pero solo superficialmente…

Muy atinado este artìculo, resalta los bemoles de la Teorìa de Cuerdas y es que en realidad hay muy poco comprobado, pero en fìn, hay que seguir adelante, porque es una gran esperanza de poder dar con los resultados esperados.