HISTORIA DE SUPERCUERDAS

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SUPERCUERDAS HISTORIA DE JAVIER DE LUCAS

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En 1968, un joven físico teórico llamado Gabriele Veneziano se esforzaba por encontrar un sentido lógico para varias propiedades de la fuerza nuclear fuerte observadas experimentalmente. Veneziano, que entonces era un investigador del CERN, el laboratorio europeo de aceleración de partículas de Ginebra, Suiza, había trabajado durante varios años en distintos aspectos de este problema, hasta que un día tuvo una revelación impactante. Para su sorpresa, se dio cuenta de que una esotérica fórmula inventada dos siglos antes con fines meramente matemáticos por el renombrado matemático suizo Leonhard Euler -la llamada función beta de Euler- parecía ajustarse de un golpe a la descripción de numerosas propiedades de partículas que interaccionan fuertemente entre sí. La observación de Veneziano proporcionó una poderosa envoltura matemática para muchas características de la fuerza nuclear fuerte y puso en marcha un intenso frenesí de investigaciones encaminadas hacia la utilización de la función beta de Euler, y diversas generalizaciones de ésta, para describir la enorme cantidad de datos que se estaban recogiendo en varios aceleradores de partículas atómicas repartidos por todo el mundo. Sin embargo, la observación de Veneziano era en un sentido incompleta. Como sucede cuando un estudiante utiliza fórmulas memorizadas sin entender su significado o su justificación, la función beta de Euler parecía funcionar, pero nadie sabía por qué. Era una fórmula en busca de su explicación.

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Esto cambió en 1970 cuando los trabajos de Yoichiro Nambu, de la Universidad de Chicago, Holger Nielsen, del Niels Bohr Institute, y Leonard Susskind, de la Universidadde Stanford, revelaron los principios físicos, hasta entonces desconocidos, que se ocultaban detrás de la fórmula de Euler. Estos físicos demostraron que, si se construía un modelo de partículas elementales considerándolas como pequeñas cuerdas vibradoras unidimensionales, sus interacciones nucleares se podían describir con toda exactitud mediante la función de Euler. Según su razonamiento, si los trozos de cuerda eran suficientemente pequeños, podrían seguir pareciendo partículas puntuales y, por consiguiente, podrían ser coherentes con las observaciones experimentales.

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A principios de la década de 1970, unos experimentos con altas energías capaces de comprobar el mundo subatómico más a fondo demostraron que el modelo de cuerdas realizaba cierto número de predicciones en contradicción directa con las observaciones. Al mismo tiempo, se estaba desarrollando la teoría cuántica de campos aplicada a las partículas puntuales, en el marco de la cromodinámica cuántica, y su abrumador éxito en la descripción de la fuerza nuclear fuerte hizo que se llegara al abandono de la teoría de cuerdas Aunque esto proporcionaba una teoría intuitivamente sencilla y satisfactoria, no tardó mucho tiempo en llegar la demostración de que la descripción de la fuerza nuclear fuerte mediante cuerdas fallaba.

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La mayoría de los físicos de partículas pensó que la teoría de cuerdas había quedado relegada al cubo de la basura de la ciencia, pero unos pocos investigadores se mantuvieron fieles a ella. Schwarz, por ejemplo, pensó que «la estructura matemática de la teoría de cuerdas era tan bella y tenía tantas propiedades milagrosas que tenía que apuntar hacia algo profundo». Uno de los problemas que los físicos detectaron en la teoría de cuerdas era que parecía tener una auténtica profusión de riquezas desconcertantes. Esta teoría contenía configuraciones de cuerdas vibrantes que presentaban propiedades semejantes a las de los gluones, lo cual daba sentido a la afirmación previa de que se trataba de una teoría de la fuerza nuclear fuerte. Pero, además de esto, contenía partículas adicionales que actuaban como mensajeras y no parecían tener ninguna importancia en las observaciones experimentales de la fuerza nuclear fuerte.

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En 1974, Schwarz y Joël Scherk, de la Escuela Normal Superior, dieron un intrépido salto adelante que transformó este vicio aparente en una virtud. Después de estudiar las misteriosas pautas mensajeras de la vibración de las cuerdas, constataron que sus propiedades encajaban perfectamente con las de la hipotética partícula mensajera de la fuerza gravitatoria: el gravitón. Aunque estos «paquetes mínimos» de la fuerza gravitatoria nunca han sido vistos, hasta ahora, los teóricos pueden predecir, con toda confianza, ciertas características básicas que deben poseer, y Scherk y Schwarz descubrieron que estas propiedades se hacían realidad de una manera exacta en ciertos modelos vibratorios. Basándose en esto, Scherk y Schwarz sugirieron que la teoría de cuerdas había fallado en aquel intento inicial porque los físicos habían reducido indebidamente su alcance. La teoría de cuerdas no es solamente una teoría de la fuerza nuclear fuerte, dijeron Scherk y Schwarz; es una teoría cuántica que incluye asimismo a la gravedad.

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El camino del progreso ya estaba para entonces cubierto de numerosos intentos fallidos de unificar la gravedad y la mecánica cuántica. La teoría de cuerdas había demostrado estar equivocada en sus esfuerzos iniciales por describir la fuerza nuclear fuerte, y a muchos les parecía que no tenía sentido intentar utilizar esta teoría para perseguir un objetivo aún más amplio. Estudios posteriores llevados a cabo durante las décadas de 1970 y 1980 demostraron, de un modo todavía más desolador, que la teoría de cuerdas y la mecánica cuántica padecían sus propios conflictos sutiles. Resultó que, una vez más, la fuerza gravitatoria se resistía a incorporarse a la descripción microscópica del universo. El conjunto de los físicos no recibió esta sugerencia con un gran entusiasmo. De hecho, Schwarz dice «nuestra obra fue ignorada a nivel universal».

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Estaba vigente el modelo estándar y su notable éxito en la predicción de resultados experimentales indicaba que su verificación definitiva era sólo cuestión de tiempo y de algunos detalles. Ir más allá de sus límites para incluir la gravedad y, posiblemente, explicar los datos experimentales en los que se basaba -los 19 números correspondientes a las masas de las partículas elementales, sus cargas de fuerza, y las intensidades relativas de las fuerzas, todos ellos números que se conocen a partir de los experimentos, pero que no se comprenden teóricamente- una tarea tan desalentadora que todos, salvo los físicos más intrépidos, se echaban atrás ante semejante desafío. Sin embargo, seis meses más tarde se produjo un vuelco total en el ambiente. El éxito de Green y Schwarz fue un chorro que llegó finalmente incluso hasta los estudiantes graduados de primer curso, y la apatía anterior fue barrida por una sensación electrizante de estar viviendo desde dentro un momento decisivo en la historia de la física. Como consecuencia, los físicos empezaron a trabajar todas las horas del día y de la noche en un intento de llegar a dominar las amplias áreas de física teórica y matemáticas abstractas que eran requisito indispensable para comprender la teoría de cuerdas.

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Además, para muchas de estas características, la teoría de cuerdas ofrece una explicación mucho más completa y satisfactoria que la que se puede hallar en el modelo estándar. Estos avances convencieron a muchos físicos de que la teoría de cuerdas estaba de lleno en camino de cumplir su promesa de ser la teoría unificada definitiva. El período comprendido entre 1984 y 1986 se conoce como la «primera revolución de las supercuerdas». Durante estos tres años, físicos de todo el mundo escribieron más de mil publicaciones de investigación sobre la teoría de cuerdas. Estos trabajos demostraban de forma concluyente que numerosas características del modelo estándar -características que se habían descubierto durante décadas de esmerada investigación- emergían naturalmente y de una manera sencilla a partir de la grandiosa estructura de la teoría de cuerdas.

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Normalmente, los físicos no se rinden ante esta dificultad, sino que intentan resolver estas ecuaciones aproximadamente. La situación que se da en la teoría de cuerdas es aún más complicada. Tan sólo determinar cuáles son las ecuaciones ha resultado ser tan difícil que, hasta ahora, se han deducido únicamente versiones aproximadas de las mismas. Por este motivo, la teoría de cuerdas ha quedado limitada al cálculo de soluciones aproximadas para ecuaciones aproximadas. Después de los pocos años de avance acelerado durante la primera revolución de las supercuerdas, los físicos descubrieron que las aproximaciones que se estaban utilizando no eran adecuadas para responder a determinadas cuestiones fundamentales, lo cual entorpecía la consecución de posteriores avances. Sin propuestas concretas para ir más allá de los métodos aproximados, muchos físicos que trabajaban en la teoría de cuerdas acabaron frustrados y volvieron a sus líneas de investigación anterior. Sin embargo, una y otra vez, los expertos en teoría de cuerdas se encontraron con un escollo realmente importante. Cuando se trata de investigar en física teórica, uno se encuentra a menudo confrontado con ecuaciones que son demasiado difíciles de entender o de analizar.

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Para los que siguieron trabajando en la teoría de cuerdas, los últimos años de la década de 1980 y los primeros de la de 1990 fueron tiempos difíciles. Como un valioso tesoro encerrado en una caja fuerte y visible sólo a través de una diminuta, pero tentadora, mirilla, la belleza y las promesas de la teoría de cuerdas la hacían sumamente atractiva, pero nadie tenía la llave para liberar su poder. Largos intervalos de sequía quedaban periódicamente interrumpidos por importantes descubrimientos, pero todos los que trabajaban en este campo veían claro que se necesitaban nuevos métodos para poder ir más allá de las aproximaciones que se habían realizado hasta entonces.

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Fue entonces cuando, durante el congreso sobre cuerdas «Strings 1995 », en una emocionante conferencia pronunciada en la Universidad del Sur de California -una conferencia que asombró a una embelesada audiencia formada por los físicos más relevantes del mundo- Edward Witten anunció un plan para dar el siguiente paso, poniendo así en marcha la «segunda revolución de las supercuerdas». Los expertos en teoría de cuerdas están trabajando arduamente para poner a punto una serie de métodos nuevos que prometen superar los obstáculos teóricos con los que se habían encontrado anteriormente. Las dificultades que entraña este camino pondrán a prueba seriamente el potencial técnico de los expertos en teoría de las supercuerdas que trabajan actualmente en el mundo, pero puede que finalmente se esté haciendo visible la luz al final del túnel, aunque todavía quede muy distante.

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La “Teoría M” de Witten engloba las cinco teorías de cuerdas existentes, más la supergravedad en 11 dimensiones.

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Dichas teorías son: TIPO I TIPO II A TIPO II B HETEROTICA 0 HETEROTICA E SUPERGRAVEDAD 11 DIMENSIONES QUE SE UNIFICAN EN LA TEORÍA M

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SUPERCUERDAS HISTORIA DE FIN

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