El arché y la teoría de cuerdas
LA TEORÍA DE CUERDAS. (Brian Greene: El universo elegante [selección])
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El universo en sus aspectos más pequeños. Lo que sabemos de la materia.
Tabla 1.1.
| Familia 1 | Familia 2 | Familia 3 | |||
| Partícula | Masa | Partícula | Masa | Partícula | Masa |
| Electrón | 0,00054 | Muón | 0,11 | Tau | 1,9 |
| Neutrino del electrón | <10-8 | Neutrino del muón | <0,0003 | Meutrino del tau | <0,033 |
| Quark arriba | 0,0047 | Quark encanto | 1,6 | Quark cima | 189 |
| Quark abajo | 0,0074 | Quark extraño | 0,16 | Quark fondo | 5,2 |
Las tres familias de partículas fundamentales y sus masas (en múltiplos de la masa del protón)
Las partículas que constituyen la materia se clasifican
en tres grupos que, a menudo, se denominan familias. Cada familia contiene dos quarks, un electrón o uno de sus parientes, y además una partícula de la especie de los neutrinos. [...] El resultado es que los físicos han comprobado ya la estructura de la materia hasta escalas de alrededor una trillonésima de metro y han demostrado que todo lo que se ha encontrado hasta ahora consiste en una cierta combinación de partículas de estas tres famílias y de sus parejas de antimateria.
Si echamos un vistazo a la Tabla 1.1, nos quedar
emos, sin duda, con una fuerte sensación de perplejidad. El agrupamiento en familias produce al menos la impresión de algo ordenado, pero surgen innumerables preguntas que empiezan por “¿Por qué...?”. ¿Por qué existen tantas partículas fundamentales, cuando parece que la gran mayoría de las cosas que se encuentran en el mundo que nos rodea sólo necesitan electrones, quarks arriba y quarks abajo? ¿Por qué hay tres familias? ¿Por qué no una familia o cuatro familias, o cualquier otro número? ¿Por qué tienen las partículas una variedad de masas aparentemente aleatoria? ¿Por qué, por ejemplo, Tau pesa alrededor de 3520 veces lo que pesa un electrón? ¿Por qué el quark cima pesa cerca de 40200
veces el peso de un quark arriba? Son unos números extraños, aparentemente aleatorios. ¿Son así por azar, por algún designio divino, o existe una explicación científica comprensible para estas características fundamentales de nuestro universo?
Teoría de cuerdas, el concepto básico
Figura 1.1. (pinchar en la imagen para ampliar)
Las partículas que aparecen en la Tabla 1.1. son las “letras” de todo tipo de materia. Igual que sus colegas lingüísticas, parecen no tener otras subestructuras internas. La teoría de cuerdas afirma otra cosa. Según esta teoría, si pudiéramos examinar estas partículas con una precisión aún mayor descubriríamos que ninguna es como un punto, sino que cada una de ellas está formada por un dinimuto bucle unidimensional. Cada partícula contiene un filamento que vibra, oscila y baila como un elástico de goma infinitamente delgado que los físicos han denominado cuerda. En la figura 1.1 expresamos gráficamente este concepto esencial de la teoría de cuerdas, comenzando con un troza de materia corriente, una manzana, y ampliando repetidas veces su estructura hasta poder ver los componentes que la forman a escalas cada vez menores.
La teoría de cuerdas como la teoría unificada de todo
[...] La teoría de cuerdas afirma [...] que las propiedades que se han observado en las partículas [...] son un reflejo de los distintos modos en que una cuerda puede vibrar. Del mismo modo que las cuerdas de un violín o de un piano tienen unas frecuencias de resonancia predilectas a la hora de vibrar -pautas que nuestros oídos perciben como las diversas notas musicales y sus armónicos más altos- así sucede con los bucles de la teoría de cuerdas. Sin embargo, ya veremos que, en vez de producir notas musicales, cada una de las pautas o modelos de vibración preferidos de una cuerda dentro de la teoría de cuerdas se presenta como una partícula cuyas cargas de fuerza y de masa están determinadas por el modelo de oscilación de la cuerda. El electrón es una cuerda que vibra de un modo, el quark alto es otra que vibra de otro modo, y así en general. Lejos de ser una colección de hechos experimentales, las propiedades de las partículas dentro de la teoría de cuerdas son la manifestación de una única característica física: los resonantes modelos de vibración -es decir, la música- de los bucles de cuerda fundamentales. [...]
La unificación a través de la teoría de cuerdas
[...] Por lo tanto, vemos que, según la teoría de cuerdas, las propiedades observadas con respecto a cada partícula elemental surgen del hecho de que su cuerda interior está sometida a un modelo resonante de vibración concreto. Este punto de vista difiere claramente del expuesto por los físicos antes del descubrimiento de la teoría de cuerdas; según el punto de vista anterior, las diferencias entre las partículas fundamentales se explicaban diciendo que, en efecto, cada tipo de partícula estaba “configurada por un tejido diferente”. Aunque cada partícula se consideraba elemental, se pensaba que era diferente el tipo de “material” de cada una. La teoría de cuerdas altera esta imagen radicalmente cuando afirma que el “material” de toda la materia y de todas las fuerzas es el mismo. Cada partícula elemental está formada por una sola cuerda -es decir, cada partícula elemental es una cuerda individual- y todas las cuerdas son absolutamente idénticas. Las diferencias entre las distintas partículas surgen debido a que sus cuerdas respectivas están sometidas a diferentes modelos resonantes de vibración. Lo que se presenta como partículas elementales diferentes es en realidad las distintas “notas” que produce una cuerda fundamental. El universo -que está compuesto por un número enorme de esas cuerdas vibrantes- es algo semejante a una sinfonía cósmica.
Para más información podemos consultar este blog: http://jplopez.net/2006/11/14/semana-de-la-ciencia-teoria-de-cuerdas/