LA CIENCIA DE LAS SUPERCUERDAS

La Teoría de Cuerdas

Los físicos hoy día nos enfrentamos a un gran dilema. Hemos aceptado el hecho de que existen dos teorías muy distintas para explicar de manera parcial el funcionamiento del universo. Una de ellas es la teoría de la relatividad general de Einstein, que describe el macro-universo, y la mecánica cuántica, que describe el micro o nano-universo. Ambas teorías están apoyadas de sobremanera por evidencia experimental, a pesar de que, en el caso de la teoría de la relatividad general, existen ciertas incongruencias para explicar algunos fenómenos.

Por desgracia, estas teorías no se complementan entre sí. La relatividad general, que describe cómo funciona la gravedad (hasta cierto punto), implica un modelo de un universo suave y fluido, un tejido deformable, llamado espacio-tiempo (ver La Manzana de la Discordia). Por otro lado, la mecánica cuántica, con su principio de incertidumbre, implica que, en una escala infinitamente pequeña, el universo es un lugar turbulento y caótico, donde los eventos sólo se pueden predecir con probabilidades. En ambos casos, para describir el Big Bang y la singularidad de los agujeros negros, las ecuaciones de estas teorías empiezan a quebrantarse.

A la mayoría de los físicos les cuesta aceptar que el universo funciona a base de dos teorías distintas, y en algunos casos, contradictorias. Pensamos que es más probable que el universo esté gobernado por una única teoría que explica satisfactoriamente todas las observaciones y datos. Es por esta razón, que los físicos están en la búsqueda de una teoría unificada. Esta teoría reuniría bajo el mismo techo a las cuatro fuerzas fundamentales del universo: la gravedad, el electromagnetismo, y las fuerzas nucleares fuerte y débil.

La Teoría de las Supercuerdas, mejor conocida como la teoría de cuerdas, es una de las formulaciones de esta constante búsqueda. La teoría de cuerdas intenta unificar las cuatro fuerzas, y con ello, unificar la relatividad general con la mecánica cuántica. De hecho, está fundada con una idea bastante simple: todas las partículas están compuestas de diminutas cuerdas vibratorias de energía. La teoría de cuerdas debe su nombre a que estos filamentos de energía tienen una apariencia similar a la de las cuerdas. Estas cuerditas tendría una longitud de 10˄-33 cm, sin grosor. La teoría de cuerdas implica que todas las partículas que componen toda la materia observable del universo, y todas las fuerzas que permiten la interacción con la materia, están compuestas de cuerdas vibratorias de energía.

Actualmente, contamos con el Modelo Estándar de la Física de Partículas, que describe el funcionamiento del universo a escalas subatómicas. Esta teoría ha sido aceptada y verificada experimentalmente con éxito. Sin embargo, no incluye a la gravedad.

De acuerdo a la teoría de cuerdas, los fermiones (partículas de materia) y bosones (partículas portadoras de fuerza), corresponden a un patrón único de cuerdas vibratorias. Este modelo es similar a las diferentes notas interpretadas por un violín, las cuales corresponden a vibraciones únicas de cuerdas.

La forma en que vibre una cuerda determinará las propiedades elementales de carga, masa y spin de una partícula. Actualmente, no ha sido posible realizar predicciones numéricas detalladas para conocer estos posibles patrones vibratorios, o conocer si aplican a toda la materia y fuerza que portan partículas.

Las cuerdas pueden estar abiertas o cerradas, esto determinará su tipo de interacción. Esta naturaleza misma de las cuerdas es lo que nos permite unificar la relatividad general con la mecánica cuántica. Para ello es importante cuantificar la gravedad, otorgándole una partícula portadora de su fuerza, llamada gravitón. En términos sencillos, la idea principal sería que toda la materia ordinaria y las fuerzas, con excepción de la gravedad, están compuestas de cuerdas abiertas; mientras que, el gravitón estaría compuesto de cuerdas cerradas.

Esto implica varias cosas, pero antes abordar este punto, discutamos el Alto Precio de la Teoría de Cuerdas.