He relatado en varios post de este blog la relevancia que ha tenido el concepto de simetría para el desarrollo de la física de altas energías desde mitad del siglo pasado. Hace más de cinco décadas que se formuló la llamada supersimetría, asociada a transformaciones de un espacio-tiempo extendido. Todas las partículas elementales se pueden clasificar según su espín, o momento angular interno. El espín está cuantizado como un valor entero o semientero de la constante de Planck. En el primer caso decimos que la partícula es un bosón, en el segundo, que es un fermión. El espín es relevante para describir las propiedades de las partículas, en concreto, el comportamiento colectivo de los bosones y de los fermiones es dramáticamente diferente. Del conjunto de todas las partículas elementales, todas las que son mensajeras de una interacción son bosones (el fotón, los gluones, los W y Z), mientras que las que forman la materia son fermiones. También hay que considerar al bosón de Higgs, el responsable de dar masa.

Sin entrar en las sutilezas matemáticas de la supersimetría, se puede decir que en las teorías supersimétricas cualquier partícula elemental lleva asociada una compañera supersimétrica, con sus mismas características de masa o carga, salvo su espín, que es el mismo más (o menos) ½, y así sólo se diferencian en su carácter bosónico o fermiónico. Así si en la naturaleza la supersimetría fuera exacta, todas las partículas elementales tendrían unas compañeras supersimétricas. El hecho de que no se hayan jamás encontrado revela que no puede ser una simetría exacta. Si no es exacta, entonces se puede entender que las compañeras supersimétricas tengan una masa más elevada. El LHC está buscando desde hace tiempo señales de esta nueva pléyade de partículas, sin éxito hasta la fecha.

 

 

La supergravedad es la versión supersimétrica de la teoría de la gravedad de Einstein-Hilbert. La relatividad general predice la existencia de ondas gravitatorias, felizmente halladas no sin muchas décadas de esfuerzo. Teniendo en cuenta que en física cuántica hay una dualidad onda-partícula, podemos decir que hay una partícula mensajera asociada a la gravedad, el llamado gravitón, que es un bosón de espín 2. En supergravedad el gravitón tiene a un compañero supersimétrico, el gravitino, que es una fermión de espín 3/2. Aunque el gravitón no tiene masa, si el gravitino existiera  debería ser masivo. Su detección sería muy difícil, pero sería la comprobación experimental de la supergravedad.

 

Aunque la idea de la supergravedad así expuesta parece muy sencilla, y de hecho algunos físicos teóricos la formularon antes que los premiados, la parte más complicada es encontrar el modelo concreto  consistente desde el punto de vista matemático. Demostrar que la supergravedad era la versión supersimétrica correcta de la teoría de Einstein-Hilbert fue un verdadero ``tour de force’’ y es lo que este premio, y otros premios y distinciones que antes recibieron Freedman, van Nieuwenhuizen y Ferrara realmente reconoce. Eso, y el impacto que ha tenido en la física teórica desde que se formuló, a pesar de que no haya evidencia experimental que la confirme hasta el momento. La potencia matemática de las ideas que involucra ha sido reconocida en diferentes áreas de la física. Fue esencial para desarrollar la teoría de supercuerdas. Está detrás del uso de las técnicas de holografía que se están usando para estudiar sistemas que poco tienen que ver con la gravedad. 

 

 Peter van Nieuwenhuizen, Sergio Ferrara y Daniel Z. Freedman 

Tuve la oportunidad de conocer a Dan Freedman durante mi doctorado. Entonces él visitaba casi cada año Barcelona, para dar un empuje a su colaboración con José Ignacio Latorre sobre el método de renormalización diferencial que habían desarrollado conjuntamente con Ken Johnson, del MIT. Mi tesis doctoral versaba sobre temas muy alejados, pero me decidí a trabajar de forma paralela en otras temáticas también. Así  aprendí renormalización diferencial, y acabé publicando dos artículos científicos en el tema. Dan Freedman me recomendó de forma fehaciente que fuera a MIT después de acabar mi doctorado. Conseguí una beca del Ministerio de Educación para hacer mi primer postdoctorado en el Center for Theoretical Physics del MIT, a pesar que mi director de tesis doctoral no estaba muy de acuerdo con esa elección. Durante el primer año estuve trabajando con otra grande de la física, Roman Jackiw, pues Dan estaba de sabático y lejos de Boston. En mi segundo año en MIT, Dan daba un curso de doctorado de supersimetría, que seguí desde su inicio. En seguida formulamos un proyecto de investigación para estudiar las consecuencias fenomenológicas de ciertos modelos de supergravedad, en colaboración también con otro joven postdoc norteamericano, de origen cubano, Diego J. Castaño. No entro en los detalles del modelo, porque ya está descartado con los datos del LHC. Recuerdo aquel periodo trabajar con una intensidad, la que imponía Freedman, extenuante.  La colaboración funcionaba casi las 24 horas del día, un mínimo de seis días a la semana. Diego trabajaba de noche, y dormía de día. Dan se levantaba hacia las 5 de la mañana, y se ponía enseguida a trabajar. Yo empezaba a trabajar a las 8 de la mañana, y aguantaba hasta bien tarde. Estuvimos trabajando durante casi un año. Cuando abandoné el MIT, seguí trabajando en mis otras líneas de investigación, y dejé los proyectos de supergravedad postergados.

 

 

Dan Freedman es una persona de trato afable. No he conocido a nadie con su misma capacidad de trabajo, es francamente incansable. Es un científico al que le van los retos asociados a problemas que exigen cálculos complejos, y  tiene unos conocimientos muy profundos en física. Aprendí mucha física de él durante nuestra colaboración. A pesar de su avanzada edad, sigue dedicándose a la investigación con las mismas dedicación e ímpetu que antaño. 

 

No he tenido ocasión de conocer personalmente a los otros dos padres de la supergravedad, aunque hayamos coincidido en congresos, o por los pasillos del CERN.

 

Pero desde este post quiero felicitar a los padres de la supergravedad por el reconocimiento y el premio recibidos.

 

 

 

Cristina Manuel Hidalgo
Cristina Manuel Hidalgo

Investigadora científica del Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC). Instituto de Ciencias del Espacio (ICE-IEEC).

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Sobre este blog

La física nos ayuda a comprender el universo que nos rodea: desde los constituyentes más ínfimos de la materia, hasta todo el cosmos que nos envuelve.

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