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Científicos aseguran poder probar la «Teoría del Todo»

El polémico modelo, que aspira a explicar cualquier fenómeno de la Naturaleza, jamás había sido demostrado empíricamente

¿Una teoría de la física que pueda explicarlo absolutamente todo? ¿Que pueda dar razones sobre cómo se creó el Universo, sobre cuántos tipos de materia existen y cómo se relacionan entre ellos, sobre cómo se comportan el espacio y el tiempo…? Es la «Teoría Unificada» o «Teoría del Todo». Este ansiado modelo, que algunos han llegado a considerar una mera fantasía científica, puede estar más cerca de lo que nunca se creyó posible. Científicos del Imperial College de Londres aseguran que es posible probar de forma empírica la «Teoría de las Cuerdas», algo que jamás se había demostrado sobre el papel. No es lo mismo, de acuerdo, pero es el modelo del que se espera nazca la teoría universal. En definitiva, el primer paso para contestar a todos los porqués.

Resumiendo mucho, el modelo estándar de las partículas elementales explica las fuerzas fundamentales de la Naturaleza gracias a simetrías (locales) entre los estados de las partículas elementales. Está constintuido por una teoría de simetría (gauge) pura para la fuerza fuerte, la cromodinámica cuántica, basada en un grupo SU(3) asociado a las partículas con carga de color (los quarks y los gluones), y por una teoría de simetría quiral para la fuerza electrodébil, la unificación del electromagnetismo y la fuerza nuclear débil, basada en el producto SU(2)L×U(1)Y. La fuerza débil es quiral, viola la simetría de paridad (P) o de reflexión en el espejo. Todos los fermiones tienen helicidad que puede ser hacia la izquierda (L) o hacia la derecha (R). El grupo SU(2) sólo actúa sobre la componente de helicidad izquierda (de ahí la L como subíndice). La simetría U(1) actúa sobre ambas helicidades (Y corresponde a la hipercarga). La quiralidad del modelo estándar es una de sus propiedades más características y que impone más dificultades a la hora de construir una gran unificación que lo incluya como caso particular. El modelo estándar puede ser completado con la gravedad de Einstein, que desde el punto de vista de la teoría de grupos corresponde a la invarianza local ante el grupo de Poincaré, cuyo recubridor universal es el grupo SL(2,C) que es isomorfo al grupo de espín Spin(1,3). Este grupo actúa sobre todas las partículas. En las teorías de gran unificación (GUT) se introduce un grupo de simetría suficientemente grande para incluir todos estos grupos de simetría y pueden incluir también al grupo de Poincaré, en cuyo caso se les suele llamar graviGUT.

En la teoría excepcionalmente simple de Garrett Lisi se selecciona el grupo excepcional E8, un grupo enorme, para construir una teoría de gran unificación (graviGUT) que contiene el producto de grupos de simetría SU(3)×SU(2)×U(1)×Spin(3,1). Todo parece encajar a la perfección si nos olvidamos de que incluir SU(2) no es lo mismo que incluir SU(2)L, es decir, hay que incorporar la quiralidad en la teoría (la violación de la simetría de paridad P o del espejo). No es fácil lograrlo. Garrett Lisi en su último artículo toma una idea ya presentada por Distler y Garibaldi en el suyo, aprovechar que el producto de grupos Spin(10)×SL(2,C) contiene una representación real de E8 como grupo de cuaterniones. Utilizando este hecho logra explicar una generación de fermiones (el resto de las partículas en la teoría son bosones) con masa nula. La teoría no es quiral, pero si se introduce un mecanismo de ruptura de la simetría se puede lograr que las partículas con helicidad izquierda adquieren una masa muy pequeña comparada con la masa que adquieren las partículas con helicidad derecha (a estas partículas de gran masa se les suele llamar partículas o fermiones espejo). Tras 12 páginas de teoría de grupos, Garrett Lisi afirma que esta posibilidad permite introducir la quiralidad en su teoría. ¿Cómo se rompe exactamente esta simetría? Lisi no nos indica cómo se puede lograr, quizás sea cuestión de tiempo y de alarde técnico. Ahora bien, el modelo estándar contiene tres generaciones de partículas quirales. En el artículo de Distler y Garibaldi se afirmaba que utilizando este tipo de descomposiciones (pasar de la forma real no compacta de E8 a una forma compleja adecuada) se podían obtener hasta dos generaciones quirales, pero que es matemáticamente imposible obtener tres generaciones quirales (o más). Una demostración matemática tiene eso. Es así de rotunda en sus afirmaciones. Si 1+1=2, no puede ser de otra forma.

¿Podrá algún día Lisi descubrir una sutileza en el análisis de Distler y Garibaldi que le permita obtener tres generaciones de partículas quirales en su teoría? Todavía una pregunta sin respuesta, lo único que podemos decir es que tendrá que trabajar bastante para lograrlo. Sería un gran paso hacia la gloria, pero su teoría también tiene muchos otros problemas técnicos (no tiene mecanismo de ruptura de la simetría, no tiene versión cuántica, etc.) Ahora que está tan de moda el bosón de Higgs hay que recordar que la teoría de Lisi no incluye a los bosones de Higgs, no porque su teoría no los requiera (él mismo afirma que los necesita), sino porque Lisi no sabe cómo rellenar los detalles técnicos para obtenerlos (serán necesarios varios bosones de Higgs y los detalles no son nada sencillos).

Garrett Lisi tiene ángel,  es un rayo de luz que nos ilumina a todos con su sabiduría. Un punto de marketing que le viene de escándalo a la física teórica. Siempre acompaña sus artículos con gráficos y animaciones de gran interés para el público en general (y de ningún interés para los especialistas). Os recomiendo jugar a explorar el mundo de las partículas elementales desde el prisma de Garrett Lisi con su juego “Elementary Particle Explorer!”

 

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