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  • Investigación y Ciencia
  • Noviembre 1986Nº 122

Física de partículas

Supercuerdas

Si todas las partículas elementales se consideran cuerdas, aparece una teoría cuántica coherente que explica las cuatro fuerzas fundamentales. Esta teoría podría transformar las ideas aceptadas acerca del espacio y el tiempo.

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La paradoja central de la física contemporánea de partículas elementales reside en la aparente incompatibilidad de sus dos principales fundamentos teóricos: la relatividad general de Einstein y la mecánica cuántica. La teoría de la relatividad general de Einstein relaciona la fuerza de la gravedad con la estructura del espacio y el tiempo. Este punto de vista sobre la gravedad ha llevado a la creación de modelos de los fenómenos a escala cósmica y ha permitido conocer la evolución del universo. El segundo fundamento teórico, la mecánica cuántica, explica el mundo atómico y subatómico. Se han formulado teorías cuánticas para tres de las cuatro fuerzas conocidas en la naturaleza: las interacciones fuertes, débiles y electromagnéticas. Hasta hace poco, parecía haber pocas esperanzas de que la teoría de Einstein de la gravitación —la cuarta fuerza fundamental— pudiera unirse con los preceptos de la mecánica cuántica. La dificultad básica estribaba en que tal unificación exigía una formulación radicalmente nueva de las leyes de la física a escalas mínimas de distancia; en tal reformulación, la idea de que el espacio y el tiempo son conjuntos continuos de puntos debería abandonarse. Sin una teoría cuántica de la gravitación y las revisiones conceptuales que dicha teoría implica, no puede alcanzarse una descripción global de todas las fuerzas de la naturaleza.

En los dos últimos años, los físicos de partículas elementales se han vuelto optimistas acerca de la posibilidad de salir del atolladero. El optimismo se basa en los impresionantes avances de una nueva clase de teoría: las supercuerdas. En la teoría de supercuerdas, como en cualquier otra teoría de cuerdas, las partículas elementales se asemejan a cuerdas. Las teorías de cuerdas se diferencian, por tanto, de todas las teorías de campos mecánico-cuánticas que nos son familiares; verbigracia, la teoría cuántica del electromagnetismo, cuyos cuantos, o partículas constituyentes, son puntiformes. En virtud de su extensión, las cuerdas vibran como si fueran cuerdas de violín. Los modos de vibración armónicos, o normales, dependen de la tensión de la cuerda. En mecánica cuántica, las ondas y partículas son aspectos duales de un mismo fenómeno; así, cada modo de vibración de una cuerda corresponde a una partícula. La frecuencia de vibración del modo determina la energía de la partícula y, por tanto, su masa. Las partículas elementales usuales corresponden a diferentes modos de una sola cuerda.

La teoría de supercuerdas combina la teoría de cuerdas con una estructura matemática llamada supersimetría [véase «¿Es supersimétrica la naturaleza?», de Howard E. Haber y Gordon L. Kane; Investigación y Ciencia, agosto de 1986]. La teoría de supercuerdas no solo evita los viejos problemas de combinar la gravedad con la mecánica cuántica, sino que, en ese proceso, la teoría permite también considerar las cuatro fuerzas fundamentales como aspectos diversos de un solo principio subyacente. Además, la unificación de las fuerzas se logra de una manera casi unívocamente determinada por el precepto lógico de coherencia interna que debe ofrecer toda teoría. Estos avances han conducido a una extraordinaria revitalización de las relaciones entre matemática y física. Muchos de los descubrimientos más profundos de la matemática contemporánea contribuyen a la comprensión de la teoría; a su vez, las teorías de cuerdas plantean nuevos problemas a la matemática.

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