En la teoría de cuerdas, pequeños trozos de cuerda reemplazan las partículas subatómicas tradicionales.
Paul M. Sutter es astrofísico en SUNY Stony Brook y el Flatiron Institute, anfitrión de Pregúntale a un astronauta y Radio espacialy autor de "Tu lugar en el universo."Sutter contribuyó con este artículo a Las voces expertas de Space.com: Op-Ed & Insights.
La teoría de cuerdas espera ser una teoría literal de todo, un único marco unificador que explique toda la variedad y riqueza que vemos en el cosmos y en nuestros colisionadores de partículas, desde la forma en que se comporta la gravedad hasta cualquier cosa. energía oscura Es por eso que los electrones tienen la masa que tienen. Y si bien es una idea potencialmente poderosa, que si se desbloquea revolucionaría por completo nuestra comprensión del mundo físico, nunca se ha probado directamente.
Sin embargo, ha habido formas de explorar algunos de los fundamentos y las posibles consecuencias de teoria de las cuerdas. Y aunque estas pruebas no probarían la teoría de cuerdas directamente de una forma u otra, ayudarían a reforzar su caso. Vamos a explorar.
Un problema perturbador
Primero, sin embargo, tenemos que examinar por qué la teoría de cuerdas es tan difícil de probar. Hay dos razones
Las cuerdas de la teoría de cuerdas son estupendamente pequeñas, se cree que están en algún lugar alrededor de la escala de Planck, de unos 10-34 metros de diámetro. Eso es mucho, mucho más pequeño que cualquier cosa que podamos esperar probar incluso con nuestros instrumentos más precisos. De hecho, las cadenas son tan pequeñas que nos parecen partículas puntuales, como electrones, fotones y neutrones. Simplemente no podemos mirar una cadena directamente.
Relacionado con esa pequeñez está la escala de energía necesaria para investigar los regímenes donde la teoría de cuerdas realmente importa. A partir de hoy, tenemos dos enfoques diferentes para explicar el cuatro fuerzas de la naturaleza. Por un lado, tenemos las técnicas de la teoría cuántica de campos, que proporcionan una descripción microscópica del electromagnetismo y las dos fuerzas nucleares. Y por el otro tenemos relatividad general, lo que nos permite entender la gravedad como la flexión y deformación del espacio-tiempo.
Para todos los casos que podemos examinar directamente, usar uno u otro está bien. La teoría de cuerdas solo entra en juego cuando intentamos combinar las cuatro fuerzas con una sola descripción, lo que realmente importa en las escalas de energía más altas, tan altas que nunca podríamos construir una máquina para alcanzar tales alturas.
Pero incluso si pudiéramos idear un colisionador de partículas para sondear directamente las energías de la gravedad cuántica, no podríamos probar la teoría de cuerdas, porque hasta el momento la teoría de cuerdas no está completa. No existe Solo tenemos aproximaciones que esperamos se acerquen a la teoría real, pero no tenemos idea de cuán correctos (o incorrectos) estamos. Entonces, la teoría de cuerdas ni siquiera está a la altura de la tarea de hacer predicciones que podamos comparar con experimentos hipotéticos.
Azul cósmico
Aunque no podemos alcanzar las energías necesarias en nuestros colisionadores de partículas para realmente profundizar en el mundo potencial de las cuerdas, hace 13.800 millones de años todo nuestro universo era un caldero de fuerzas fundamentales. Tal vez podríamos obtener algunas ideas fibrosas al observar la historia de el Big Bang.
Una sugerencia presentada por los teóricos de cuerdas es otro tipo de cuerda teórica: la cuerda cósmica. Las cadenas cósmicas son defectos que abarcan el universo en el espacio-tiempo, sobrante de los primeros momentos del Big Bang, y son una predicción bastante genérica de la física de esas épocas de el universo.
Pero cuerdas cósmicas también podrían ser cadenas superduplicadas de la teoría de cuerdas, que generalmente son tan pequeñas que "microscópico" es una palabra demasiado grande, pero que han sido estiradas y arrastradas por la expansión incesante del universo. Entonces, si encontramos una cuerda cósmica flotando en el cosmos, podríamos estudiarla cuidadosamente y verificar si realmente es algo predicho por la teoría de cuerdas.
Hasta la fecha, no se han encontrado cadenas cósmicas en nuestro universo.
Aún así, la búsqueda está en marcha. Si encontramos una cadena cósmica, no necesariamente validaría la teoría de cuerdas; habría mucho más trabajo por hacer, tanto teórica como observacionalmente, para distinguir la predicción de la teoría de cuerdas de la versión de crack en el espacio-tiempo.
No tan supersimetría
Aún así, podríamos ser capaces de recoger algunas pistas interesantes, y una de esas pistas es supersimetría. La supersimetría es una simetría hipotética de la naturaleza que une todos los fermiones (los componentes básicos de la realidad como los electrones y los quarks) con los bosones (los portadores de las fuerzas como los gluones y los fotones) en un solo marco.
La maquinaria de la supersimetría fue desarrollada por primera vez por los teóricos de cuerdas, pero tomó el fuego como una vía interesante para todos los físicos de alta energía para resolver potencialmente algunos problemas con el Modelo estandar y hacer predicciones para nueva física. Dentro de la teoría de cuerdas, la supersimetría permite que las cuerdas describan no solo las fuerzas de la naturaleza sino también los bloques de construcción, dando a esa teoría el poder de ser realmente una teoría de todo.
Entonces, si encontramos evidencia de supersimetría, no probaría la teoría de cuerdas, pero sería un gran peldaño.
No hemos encontrado ninguna evidencia de supersimetría.
los Gran Colisionador de Hadrones (LHC) fue diseñado explícitamente para explorar la supersimetría, o al menos algunas de las versiones más simples y fáciles de alcanzar de la supersimetría, buscando nuevas partículas predichas por la teoría. El LHC ha aparecido completamente vacío, sin siquiera una bocanada de una nueva partícula supersimétrica, borrando por completo todas las ideas de supersimetría más simples del mapa.
Y aunque este resultado negativo no descarta la teoría de cuerdas, tampoco lo hace ver demasiado bien.
¿Algún día tendremos evidencia de incluso uno de los fundamentos o predicciones secundarias de la teoría de cuerdas? Es imposible decirlo. Se depositaron muchas esperanzas en la supersimetría, que hasta ahora no se ha logrado, y aún quedan dudas sobre si vale la pena construir colisionadores aún más grandes para tratar de presionar con más fuerza en la supersimetría, o si simplemente deberíamos rendirnos y probar algo más.
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Aprende más escuchando el episodio "¿Vale la pena la teoría de cuerdas? (Parte 6: Probablemente deberíamos probar esto)" en el podcast Ask A Spaceman, disponible en iTunes y en la web enhttp://www.askaspaceman.com. Gracias a John C., Zachary H., @edit_room, Matthew Y., Christopher L., Krizna W., Sayan P., Neha S., Zachary H., Joyce S., Mauricio M., @shrenicshah, Panos T ., Dhruv R., Maria A., Ter B., oiSnowy, Evan T., Dan M., Jon T., @twblanchard, Aurie, Christopher M., @unplugged_wire, Giacomo S., Gully F. por las preguntas que llevaron a esta pieza! Haga su propia pregunta en Twitter usando #AskASpaceman o siguiendo a Paul @PaulMattSutter y facebook.com/PaulMattSutter.
