Las locas cuerdas vibratorias que juegan a crear

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Los científicos siguen en su búsqueda de «la» partícula elemental y «la» teoría que explique todo. A partir de una falla del Modelo Estándar se propuso la Teoría de Cuerdas, que podría darnos respuesta a estos interrogantes (y crear algunos nuevos…)

En una nota anterior, hablando del bosón de Higgs, explicaba los conceptos básicos de lo que se llama Modelo Estándar. Esta teoría es la explicación más completa y detallada de como está formado el Universo y como interactúan sus partes entre sí. Pero…tiene algunos problemas. O quizás sea mejor decir que todavía nos falta entender algunas cosas.

Ilustración de Mariela Ballesta https://www.facebook.com/marie.enchastrada.3
Ilustración de Mariela Ballesta
facebook.com/marie.enchastrada.3

Para resumir la teoría podemos decir que cualquier cosa que existe se puede construir a partir de seis quarks (llamados en una alarde de imaginación arriba, abajo, cima, fondo, encanto y extraño) y seis leptones (electrón, muón, tauón y sus correspondientes neutrinos). Estás partículas se relacionan y «arman» el mundo mediante cuatro fuerzas (gravitatoria, electromagnética, fuerte y débil), que se manifiestan a través de partículas mediadoras: el gravitón, el fotón, el gluón y los bosones Z, W y W+.

Como ya comentamos en aquella nota, uno de los problemas es entender por qué estás partículas tienen diferente masa y de que manera se explican las diferencias. Para esto se agrega el campo de Higgs al modelo. De la misma manera, hay que agregar una teoría especial para que la gravedad, la más familiar de todas las fuerzas mencionadas, encaje con el resto. El gravitón nunca pudo detectarse en un laboratorio, los intentos de explicar la gravedad de forma cuántica encontraron más problemas que soluciones y, por el momento, la mejor explicación de esta fuerza es la que dió Albert Einstein en su Teoría General de la Relatividad (donde no se considera una fuerza real sino un efecto de la deformación del espacio-tiempo).

La Teoría de Cuerdas propone que todas las partículas que conocemos son en realidad diferentes estados vibracionales de un único objeto (una «cuerda»). Es decir, de la misma manera que una cuerda de guitarra puede vibrar de diferentes maneras produciendo diferentes notas musicales, cada vibración de este objeto fundamental produciría una partícula diferente. La teoría predice la existencia de una partícula con las características del escurridizo gravitón. De esta manera se podrían unificar todas las fuerzas (o sea encontramos «la» fuerza) y todas las partículas (porque la cuerda sería «la» partícula fundamental). ¿Suena demasiado bueno para ser cierto? Seguro, por eso ahora voy a enumerar los problemas que tiene la teoría…

– En realidad existen varias teorías, dependiendo de si la cuerda es abierta como en una guitarra o cerrada como si fuera una banda elástica.

– Las teorías más simples solamente describen a los bosones (las partículas mediadoras de las fuerzas que mencioné anteriormente), pero no a los fermiones (que son los que forman la materia). Es decir, solamente tengo fuerzas en el Universo y no puedo explicar que haya cosas. Y como si esto fuera poco aparece una partícula con masa imaginaria y que viaja hacia atrás en el tiempo: el taquión

– Si quiero agregar los fermiones, entonces aparece la supersimetría. Por cada partícula que conocemos debe existir una compañera supersimétrica con características opuestas. Por cada fermión habrá un bosón y viceversa. Ninguna de estas partículas supersimétricas se pudo encontrar en un experimento de laboratorio.

– La teoría predice 10 dimensiones espacio-temporales. Solamente conocemos 4 (el tiempo y las tres dimensiones espaciales). Obviamente hay que explicar esta diferencia…

La buena noticia es que todo parece indicar que las diferentes teorías de cuerdas son en realidad casos especiales de una teoría más fundamental (la «teoría de todo»). Se ha progresado mucho en cuanto la explicación teórica de este tema. De nuevo, no es que la Naturaleza haga cosas raras, somos nosotros los que no terminamos de entenderla.

Finalmente debo decir que ninguna teoría, por mucho que explique todo lo necesario, se puede considerar válida hasta que pueda comprobarse experimentalmente. Es todo un desafío detectar una cuerda, si existe, en un experimento. El tamaño promedio de este objeto sería del orden de mil billones de veces más pequeño que un núcleo atómico…un número difícil de imaginar, pero que nos da la idea de que es tecnológicamente imposible diseñar un acelerador que nos permita medirla. Encontrar las partículas supersimétricas sería una opción, pero también es difícil por el momento. Algunos grupos están buscando manifestaciones sutiles de la existencia de las dimensiones que no vemos, que solo podrían detectarse a nivel de las partículas que se producen en un acelerador (es decir, no serían dimensiones dignas de una novela de ciencia ficción…)

El Universo es muy complejo, según parece. Quizás lo complejo es encontrar su simpleza oculta. Parece que cada vez que rebuscamos un poco encontramos más preguntas que respuestas. De todas maneras no deja de ser fascinante que podamos entender como funcionan las cosas, de que están hechas, el principo y el fin de todo. Aunque solo toquemos de oído la melodía suena bien.