Teoria de Cuerdas String Theory

¿Qué es la Teoría de Cuerdas?

Preliminares

Durante el siglo XX, la Física ha proporcionado una visión extremadamente precisa de los componentes fudamentales de la materia (las partículas elementales) y las leyes que regulan su comportamiento (las interacciones fundamentales). Es decir, ha proporcionado una explicación a la pregunta `¿de qué están hechas las cosas?´.

Hoy sabemos que la materia está hecha de átomos, que a su vez se componen de un núcleo y una nube de electrones que lo orbitan. El núcleo está a su vez compuesto de protones y neutrones, que a su vez están compuestos de quarks. Tanto los electrones como los quarks se comportan, con la precisión experimental actual, como partículas puntuales, sin estructura. Toda la materia del Universo está por tanto compuesta de quarks y leptones (los electrones son un tipo especifico de las partículas llamadas leptones). Asimismo, las fuerzas en la Naturaleza se pueden entender en términos de cuatro fuerzas fundamentales: la gravitacional, la electromagnética (que unifica la electricidad y el magnetismo), la interacción fuerte (que liga los quarks para formar protones y neutrones, y a los protones y neutrones para formar núcleos) y la interacción débil (que es capaz de transformar unas partículas en otras, y que subyace a los fenómenos radiactivos). En el marco de la Mecánica Cuántica, estas interacciones se interpretan a su vez como intercambios de determinadas partículas, los cuantos del campo de interacción. Estos cuantos son el fotón para la interacción electromagnética, los bosones W/Z para la interacción débil ylos gluones para las interacciones fuertes. La interacción gravitacional, una vez emmarcada dentro de la Mecánica Cuántica tendría su correspondiente partícula portadora, el gravitón.

Esta descripción de la Naturaleza y su comportamiento al nivel más fundamental subyace a la explicación de los fenómenos cotidianos (como la caída de los cuerpos, las órbitas planetarias, las corrientes elécticas, etc), pero permanece válida a energías mucho más altas, como a las altísimas temperaturas del Universo primitivo, o las que se alcanzan en los experimentos actuales de colisiones de partículas.

No obstante, esta descripción esta minada desde sus cimientos, ya que se basa en dos pilares de la Física Teórica que son, en su forma presente, mutuamente incompatibles. La descripción de las interacciones electromagnéticas, fuerte y débil, denominada Modelo Estándar (de Partículas Elementales) se enmarca dentro de la Teoría Cuántica de Campos, una forma avanzada de la Mecánica Cuántica. Sin embargo, la descripción de la interacción gravitacional se basa en la Teoría de la Relatividad General de Einstein, que es una teoría clásica, y por tanto no incluye efectos cuánticos.

La inclusión de efectos cuánticos en la interacción gravitacional siguiendo procedimientos habituales conlleva respuestas patológicas a muy altas energías, del orden de la escala de Planck (presentes en el Universo primordial a los 10-44 segundos, o equivalentemente 1017 veces más altas que las energías accesibles en aceleradores de partículas). Para información más extensa sobre el problema de la Gravitación y la Mecánica Cuántica, ver el artículo La gravedad y los cuantos, por el Prof. Enrique Alvarez (IFT, Madrid).

A pesar de que el problema se plantea en un regimen actualmente no accesible al experimento, éste continúa siendo uno de los problemas fundamentales de la Física Teórica: la formulación de una teoría que describa la interacción gravitacional de forma consistente a nivel cuántico, y que por tanto permita reconciliar la Relatividad General con la Mecánica Cuántica (y por ende la interacción gravitacional con las restantes interacciones fundamentales). Se puede encontrar una discusión de los problemad de unificación de las interacciones, y el papel de la teoría de cuerdas en este aspecto, en el artículo
La teoría de cuerdas, por el Prof. Sunil Mukhi (Tata Institute, India).

 

La Teoría de Cuerdas

La propuesta natural para lograr esta descripción unificada es la modificación del...[]

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