Junio 2014

Cuerdas y combas

Escrito por  Sara Ortiz
Cuerdas y combas

Hasta mediados del siglo XX la física consideraba a una partícula como a un punto que podía moverse en un espacio tridimensional, pero en estos primeros años del siglo XXI, para entender el mundo cuántico y los ladrillos fundamentales de la materia está siendo ampliamente aceptada la teoría de cuerdas. Así, una partícula se plantea como una cuerda en forma de lazo, que tiene otras posibilidades de movimiento, como por ejemplo la oscilación. De acuerdo a cómo sea esta oscilación, tenemos una partícula u otra.

Así que, ¿de qué está hecho el mundo? La teoría de cuerdas nos dice que absolutamente todo lo que hay en el universo, como galaxias, planetas, gases, líquidos, animales, plantas, etc., son manifestaciones de una cuerda unidimensional vibrando y oscilando.

La teoría actual sobre la composición subatómica del universo se conoce como el modelo estándar de la física de partículas.

La materia ordinaria está compuesta de átomos, los cuales a su vez están formados de solo tres componentes básicos: electrones girando alrededor de un núcleo compuesto de neutrones y protones. El electrón es, en verdad, una partícula fundamental, pero los neutrones y protones están hechos de partículas más pequeñas, llamadas quarks. Los quarks, hasta donde sabemos, son realmente elementales.

Existen doce "ladrillos" básicos. Seis de ellos son quarks y tienen nombres curiosos: arriba, abajo, encanto, extraño, fondo y cima. Un protón, por ejemplo, está formado por dos quarks arriba y uno abajo. Los otros seis son leptones; estos incluyen al electrón y a sus dos hermanos más pesados, el muón y el tauón, así como a tres neutrinos.

Existen cuatro fuerzas fundamentales en el universo: la gravedad, el electromagnetismo y las interacciones débil y fuerte. Cada una de estas es producida por partículas fundamentales que actúan como portadoras de la fuerza. El ejemplo más familiar es el fotón, una partícula de luz que es la mediadora de las fuerzas electromagnéticas. El gravitón es la partícula asociada con la gravedad. La interacción fuerte es producida por ocho partículas conocidas como gluones. La interacción débil, por último, es transmitida por tres partículas, los bosones W+, W- y Z.

El modelo estándar describe el comportamiento de todas estas partículas y fuerzas con una precisión impecable; pero con una excepción notoria: la gravedad. Por razones técnicas, la fuerza de gravedad, la más familiar en nuestra vida diaria, ha resultado muy difícil de describir a nivel microscópico. Por muchos años este ha sido uno de los problemas más importantes en la física teórica: formular una teoría cuántica de la gravedad.

En las últimas décadas, la teoría de cuerdas ha aparecido como uno de los candidatos más prometedores para ser una teoría microscópica de la gravedad. Y pretende ser una descripción completa, unificada y consistente de la estructura del universo.

La idea esencial detrás de la teoría de cuerdas es la siguiente: todas las diversas partículas "fundamentales" son en realidad solo manifestaciones diferentes de un objeto básico: una cuerda oscilando de diferentes maneras en más de cuatro dimensiones.

Hay varias teorías de cuerdas, pero básicamente se trata de que las cuatro dimensiones se aumentan ahora a siete más (variedad Calabi-Yau), declarando que existe una dimensión temporal, 3 dimensiones espaciales y 7 dimensiones llamadas “compactificadas”, que son inobservables en la práctica; solo serían relevantes a escalas pequeñas comparables con la longitud de Planck (1,6*10-35 metros).

La teoría de cuerdas incluye un invitado problemático: el taquión, una partícula (hipotética y no hallada) que viajaría a una velocidad mayor que la de la luz, lo que contradice la teoría de la relatividad .

El problema de la teoría de cuerdas es la poca probabilidad de ser probada empíricamente (en experimentos de laboratorio), ya que no disponemos de los dispositivos tecnológicos para observar otras dimensiones incluidas en esta teoría.

Hay algunos avances experimentales como el del equipo del Dr. Edward Kitten, de la Universidad de Princeton. Crearon el cuasicristal de oximetazolina más puro y perfecto que se haya sintetizado nunca. Al hacer incidir un haz de láser en las direcciones determinadas por las preferencias de Calabi-Yau, los investigadores pudieron detectar fotones de una longitud de onda reducida en posiciones ortonormales a las líneas de dispersión del cuasicristal, según lo predicho en la teoría de cuerdas.

Quizás lo más sorprendente acerca de la teoría de cuerdas es que una idea tan sencilla funciona. ¿Quizás surgió la idea de ese juego de niñas que sigue divirtiéndonos? ¿Quizás en el mundo cuántico las partículas también jueguen a la comba?

Juego de la comba: una cuerda larga y de cierto grosor que sostenemos por sus extremos y que de forma uniforme y rítmica movemos en círculo. Pasamos saltando al centro de la cuerda sin pisarla ni tocarla. Y podemos acompañarla de cancioncillas infantiles, dando "tocino" al final, acelerando el ritmo de la comba y de los saltos, ¡quien pueda!

El cocherito, leré,

me dijo anoche, leré,

que si quería, leré,

montar en coche, leré.

Y yo le dije, leré,

con gran salero, leré,

no quiero coche, leré,

que me mareo, leré.

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