Teoria de las cuerdas (Etraxt. de Green por J. Rojo)

En 1968 Gabriel Venezino

En 1970 Yicchiro Nambu , Holger Niels , Leonard Susskind

Fueron los que revelaron el "mistrio"hasta aquí--desconocido físico escondido detrás de la fórmula de Euler.

Estos físicos demostraron que si las pieza de las cuerdas son bastante pequeña, podrían racionalmente considerarse como partículas puntuales y así ser consistentes con las observaciones experimentales..

A pesar de esta "complaciente" teoría ante la "strogn force" se mostraron fallos... Hubo conflicto entre las predicciones y los experimentos de alta energía.

Al mismo tiempo se estaba desarrollando la teoria de campo cuántico de la cromodinámica cuántica y el éxito en describir la strong force condujo al desprecio de la teoria de cuerdas.

Algunos físicos la relegaron al olvido pero otros no.

entre ellos Schward ... y Scherk

"Consideraba tan bonita la teoría de las cuerdas y tenia tantas propiedades maravillosas, que tenían que apuntar hacia algo más profundo"

Después de mucho divagar ...y estudiar el puzzle mensajero-como modelo de vibración de cuerda, ellos comprobaron que sus propiedades encajaban perfectamente con aquellas de la hipotética partícula mensajero de la fuerza gravitacional- el graviton Aunque estos " pequeños trozos "nunca han sido vistos, los físicos pueden predecir ciertas características que acompañan a estos y Schward y Scherk encuentran esas propiedades, que son realizadas exactamente por ciertos modelos vibratorios.

Estos llegaron a plantear que la teoria de las cuerdas no es exclusivamente una teoria de la strong force como se decía ; esta es una teoría cuántica, que también. "incluye la gravedad"

El colectivo de los físicos no recibieron con entusiasmo esta sugerencia De nuevo surgió que la fuerza d la gravedad se resistió a s incorporación dentro de la descripción microscópica del universo.A pesar de todo, estos dos físicos, en 1984, continuaban trabajando intensamente para resolver el conflicto . Y demostraron que los trabajos teóricos eran suficientemente densos y fundados para englobar las cuatro fuerzas y toda la materia del universo....

Por otra parte, en 1984, el "estándar modelo" era todo un éxito, y su verificación sería solo cuestión de tiempo y detalles. Se acercaba a los limites para incluir la gravedad y las posibilidades de explicar el, experimental input sobre la que ella se apoyaba—los 19 números de partículas elementales de masa, su fuerzas y sus cargas, y la relativa accion de las numerosas fuerzas, que son conocidas experimentalmente pero no comprendidas teóricamente . Todo un reto para los físicos más encorajinados empeñados en el cambio. El éxito finalmente de Schward y d Gree echó abajo esas perspectivas y nació en los nuevos graduados un sentimiento de encontrarse ante un profundo movimiento dentro de la historia de la física desplazando los viejos enojos: Un numeroso conjunto de profundos trabajos tratando de las vastas áreas de la teoría física y de matemáticas abstracta, que se requerían para comprender la teorias de las cuerdas.

1984-1986 "La primera revolución de las supercuerdas"Durante estos tres años fueron escritos numerosos trabajos por físicos de todo el mundo sobre la teoría de las cuerdas. Estos trabajos mostraron de manera determinante que las numerosas características del "standard model" <<emergían naturalmente >> y simplemente de la gran estructura de la teoría de las cuerdas. Todo esto contribuyó a que para muchos físicos prometiera ser la última teoria unificada.

No obstante, los detractores de la teoria se encontraron con un significante bloque de dificultades En las búsquedas de la física teórica , uno frecuentemente se confronta con ecuaciones muy duras de comprender y analizar. Es típico que los físicos las resuelvan aproximadamente.... La situación en la teoria de las cuerdas aun es mas difícil.....

Largos tiempos de sequía fueron acompañados por importantes descubrimientos; pero está claro que nadie irrumpió en el campo con eso nuevos métodos con suficiente poder para ir mas allá de las requeridas aproximaciones.1995.- Edward Witten

En su conferencia dada en la Universidad e Southern Caifornia dió lugar a una lectura que dejó estupefacta a una densa audiencia de los mejores físicos del mundo. El trató de encender el fuego de " la segunda revolución de las supercuerdas"

Teóricos de la teoría de las cuerdas están trabajando vigorosamente para marcar una serie de nuevos métodos, que prometen sobrepasar los obstáculos teóricos encontrados previamente.

Ls dificultades, que conlleva podrán seriamente atormentar a los teóricos de las supercuerdas; pero la luz al final del túnel, aunque ahora distante , puede llegar a ser visible.

En el siguiente capitulo y los que siguen describiremos la comprensión de la teoría de las cuerdas que surgió de la primera revolución de las supercuerdas y el subsecuente trabajo anterior a la segunda revolución de las supercuerdas. De vez en cuando, indicaremos nuevas intuiciones desgranadas desde las anteriores ..... ; aparte nuestra discusión de los más recientes avances será llevado a cabo en los capítulos 12 y 13De nuevo, Los Atomos de los Griegos?

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La longitud de un típico lazo de cuerda es cerca del "Planck length", cerca de un billón (10²⁰.) de veces más pequeño que un núcleo atómico. No es por tanto extraño de que no seamos capaces de resolver la microscópica naturaleza de la materia de la cuerda .Necesitaríamos un acelerador con energía un millón de billones más poderosa que cualquiera de los construidos.¿Pero de qué estan hechas las cuerdas?

Hay dos posibles respuestasPRIMERA Las cuerdas son realmente fundamentales – son "los átomos" irreductible constituyente. En el más verdadero sentido de la antigua Grecia.

Es el fin de la línea de las numerosas subestrurcturas en el mundo microscópico. De ella derivan todas las demás de manera simple.. como las letras de una párrafo..

Desde esta perspectiva , tienen extensión espacial, y la cuestion de su composición sigue sin resolverse.; pero en esa línea la cuestion de su composición no tiene significado pues son los constituyentes mas básicos del universo. Pues, siendo la cuerda fundamental, no puede ser descrito como compuesto de otra substancia.

Segunda.- La segunda respuesta está basada en que nosotros no conocemos si la teoria de las cuerdas es una teoría final o correcta de la naturaleza. Si la teoria de las cuerdas es realmente exitosa ,entonces, bien, podemos olvidarnos de las cuerdas y su irrelevante cuestion de su composición En definitiva la historia nos enseña que en cada época, nuestra comprensión del universo es más profunda , sin embargo nosotros encontramos a los mas pequeños ingredientes microscópicos, constituyendo un último nivel de la materia.

Y si no, otra posibilidad es que si las cuerdas dejaran de ser el final de la teoria, es que ellas son un estrato más en la "cebolla" cósmica, Un estrato que seria visible en el Planck lengt, aunque no el final del estrato. En este caso los cuerdas podían estar constituidas de estructuras aún mas pequeñas º

En principio, aparte de unas pocas especulaciones en los Capítulos 12 a 15 , para nuestras disgregaciones nosotros nos aproximamos a las cuerdas en la manera propuesta por la primera pregunta.Unificación a través de la Teoria de las Cuerdas

Además de su incapacidad para incorporar la fuerza gravitacional , el modelo estándar tiene otras deficiencias. No hay explicación para los detalles de esta construcción. Muchos interrogantes sin responder . Por qué la naturaleza selecciona la lista particular de partículas , o por qué los 19 parámetros etc... ¿hay una profunda comprensión detrás de estos ingredientes "al azar", o ellos detallarían propiedades físicas del universo "elegidos" por casualidad?.

El modelo estándar no puede él mismo ofrecer una explicación desde el momento que toma la lista de partículas y sus propiedades como medidos experimentalmente "input" . De igual manera como la interpretación del stok de un mercado no puede ser utilizado par determinar el valor de su portafolios sin la entrada de datos de su inicial inversión.

Y es que el modelo estándar no puede ser utilizado para hacer algunas predicciones sin datos input de las propiedades de la partícula fundamental. Después de la experimental partícula fastidiosamente física mide estos datos , los teoricos pueden utilizar el modelo estandar para hacer mediciones atestiguadas , tales como la que acontece cuando las partículas son encerradas juntas en un acelarador.

La estructura del modelos estandar es muy flexible para poder explicar . las propiedades de los partículas elementales de tal manera que podría ser acomodada a un rango de posibilidades.

La teoría de ls cuerdas es dramáticamente diferente. Es un edificio teórico único e inflexible. Todas las propiedades del mundo microscópico caen dentro de lo realidad de su poder explicativo.

Las cuerdas de la teoría de cuerdas tienen similares propiedades como las cuerdas de un violín. Hay resonancia vibratorio a modo de como la cuerda puede soportar en virtud de sus eventuales picos espaciados y a través extendidos exactamente a lo largo de la extensión espacial << Las diferentess formas de vibrar de una cuerda fundamental da lugar a levantar diferentes masas y fuerzas de carga.>>

Planck lengt

<<La pequeñez de la constante de Planck- que gobierna la fuerza de los efectos cuánticos – y la intrínseca pequeñez de la fuerza de la gravedad asociado al campo resulta el llamado Planck lengt, que es pequeño casi par la imaginación un millón de un billon de un billon de un billon de centímetro.>>

De acuerdo a la teoria de las cuerdas las propiedades de una partícula "elemental"- su masa y sus variadas cargas de fuerza- son determinadas por el preciso patrón resonante de vibración que internamente la cuerda ejecuta..

Fácilmente se comprende su asociación para la masa de la partícula.

La energía de una particular patrón vibratorio de cuerda depende de su amplitud- el máximo desplazamiento entre picos- y a su vez de su longitud de onda- l separación entre un pico y otro A mayor amplitud y mas corta longitud de onda mayor energía Es familiar lo que ocurre con las cuerdas de un violín, que obedece a la energía que se aplique a sus diferentes cuerdas......

Ahora bien, desde la relatividad especial sabemos que la masa y la energía son dos formas de la misma moneda. Más energía mas masa.<< De acuerdo con la teoria de las cuerdas la masa de una partícula elemental es determinada por la energía del patron vibratorio de su cuerda interna>>

Las particulas mas pesadas tienen cuerdas internas que vibran mas energicamente mientras las mas ligeras tiene laas cuerdas que vibran menos enérgicamente.

La diferencia entre las partículas viene porque sus respectivas cuerdas sometidas a diferentes forma resonante vibratoria.

Lo que parece ser diferentes partículas elementales son actualmente "notas" de una cuerda fundamental.

El Universo- estando compuesto de un enorme número de esas cuerdas vibrantes, es semejante una sinfonía cósmica.

Este punto de vista de la teoria de las cuerdas ofrece un campo de trabajo verdaderamente maravillosamente uniforme. Cada partícula de la materia y cada transmisor de fuerza consta de una cuerda cuya forma de vibración es su "HUELLA" "FINGERPRINT".

Porque cada acontecimiento físico, proceso, o ocurrencia en el universo es, en el nivel más elemental, descriptible en términos de fuerza actuando entre esos elementales materiales constituyentes, la teoría de las cuerdas proporciona la promesa de una singular, inclusive total, unificada descripción del universo físico: una teoría de todo (T.O.E).

La Música de la Teoría de cuerdas

Siguiendo la práctica común del campo, continuaremos refiriéndonos a las "partículas elementales" , sin embargo siempre significarán "que aparentemente son partículas elementales pero actualmente son piezas pequeñas de la cuerda vibrante"

Propusimos en la anterior sección que las masas y las cargas de fuerza de tales partículas elementales son el resultado de la manera en que sus respectivas cuerdas están vibrando.

Esto nos guía a seguir su realización: En primer lugar la teoria de las cuerdas nos coloca en el campo de trabajo para poder explicar las propiedades de las partículas observadas en la naturaleza. Si esta teoria es recta, podríamos encontrar aquellas posibles formas del campo, exactamente las propiedades observadas de la materia y la fuerzas de las partículas Tabla 1.1 y 1.1

Tabla 1.1

Familia 1 Familia 2 Familia 3

Electrón .00054 Muon .11 Tau 1,9

Electron <10^-8 Muon <.0003 Tau <.003

Neutrino Neutrino Neutrino

Up-quark .0047 Cham Quark 1,6 Top Quark 189

Down-quark .0074 Strange Quark .16 Bottom Quark 5.2

.

Por supuesto, una cuerda es muy pequeña para poderlo llevar a cabo experimentalmente; pero usando las descripciones de las matemáticas teóricamente podemos pulsar una cuerda. Algunos creyeron que se podría hasta explicar cada propiedad detallada del universo sobre su nivel microscópico Hasta creyeron haber encontrado e (T.O.E)- Mas esta creencia se manifestó prematura, aunque si es verdad que estas contribuyeron acercarse a la T.O.E.. La verdad es que sigue existiendo una serie de obstáculos que impiden la precisión necesaria para compararla con resultados experimentales.

En la actualidad no sabemos si las características fundamentales de nuestro universo, sumarizadas en la Tabla 1.1 y 1.2 pueden ser explicadas por la teoría de las cuerdas... Pero notablemente , la teoria de las cuerdas es tan rica y llega tan lejos , que, aunque pensemos no podemos determinar su más detalladas propiedades, nosotros somos capaces de entrar en la riqueza de los nuevos fenómenos físicos, que se deducen de la teoría como veremos en los siguientes capítulos.

Las cuerdas en el mundo, que nos rodea, llegan a ser con una variedad de tensiones.....¿Cómo es determinada esta tensión?

un método indirecto par medirlas fue cuando Sherk y Schward propusieron que una forma particular de vibración de cuerda era la partícula graviton , y fueron capaces de llegar a una aproximación indirecta y además predecir la tensión sobre las cuerdas de la teoría de cuerdas. Sus cálculos revelaron que la fuerza transmitida por la forma de la cuerda de vibración del propuesto gravitón es inversamente proporcional a la tensión de la cuerda ..

Y como desde el gravitón se supone que se transmite la fuerza gravitacional- una fuerza que es intrínsecamente completamente débil- ellos encontraron que esto implica una colosal tensión de un mil bilones de billon de billón 10³⁹ ton. Las llamadas << Planck tension>>.

Las cuerdas fundamentales son extremadamente rigidas comparadas con los ejemplos más familiares.

Tres consecuencias de las cuerdas rígidas.

Primero: mientras que el final de las cuerdas de un piano y de un violin tienen una longitud fija después de que ellos dejan de ser pulsados, no ocurre lo mismo cuando la pulsación se viene abajo que el tamaño de estructura de una cuerda fundamental no es limitado.

De aquí, la enorme tensión que causa las ondas de las teoria de las cuerdas al contraerse a un tamaño minúsculo.

Cálculos detallados revelan que supone la tensión sobre Planck trasladados dentro de una cuerda típica que tiene una longitud Planck_length- 10^-33 centímetro- como ha sido mencionado previamente.

Segundo:

como consecuencia la enorme tensión, la energía típica de una onda vibrante en la teoría de las cuerda es extremadamente alto.

Para entender esto tenemos que tener en cuenta:

Que la tensión mas grande de un string está en fucnion de la resistencia que opone para vibrar.

UN violin opone menos resistencia que la cuerda de un piano

Y es que diferentes tensiones para vibrar de la misma manera no tienen la misma energía

Por lo tanto la energía de una cuerda vibrante esta determinada por dos cosas: la manera de cómo vibra (formas-modeloss- mas frenéticas, corresponden a más altas energías) y la tensión de la cuerda (mas alta tensión corresponde a más alta energia)

En principio esto nos llevaría a pensar que tomando una muestra vibratorio más suave – muestras con mas pequeña amplitud y pocos picos y depresiones – una cuerda incorpora menos y menos energía. Pero como encontramos en el capitulo IV en un contexto diferente , de la mecanica cuántica que este razonamiento no es correcto. Como todas las vibraciones o perturbaciones, como ondas que son , para la mecanica cuántica implica que solamente pueden existir solo en unidades discretas.

En definitiva . igual que la moneda llevada por un compañero en el almacén es un numero entero múltiple de la denominación monetaria con la que el o ella esta confiado, la energía incorporada en una muestra de cuerda vibratorio.

En particular esta mínima energía de denominación es proporcional a la tensión de la cuerda (y es también proporcional al número de picos) y las depresiones de la muestra particular es determinado por la amplitud de la muestra vibratorio Mientras que el numero múltiplo entero es determinado por la amplitud de la muestra vibratorio.

La clave de esta discusión es la siguiente: debido a que la mínima energía es, proporcional a la tensión de la cuerda , y como esta tensión es enorme, la mínima energía fundamental es sobre la escala usual de partículas físicas, similarmente muy alto. Estas son múltiplos de lo que es conocido como <<"el Planck energía">>. Para darnos cuenta de la escala , si trasladamos dentro de una masa utilizando la famosa fórmulas de conversión de Einstein E=mc^2, correspondería a masas que son del orden de diez billones de billón (10¹⁹ ) veces lo de un protón. Esta gargantua masa , de la elemental partícula estandar- es conocida como la "Planck masa" : esto es igual a cerca la masa de un grano de una colección de un millón medio de bacterias y . Así la típica masa equivalente de un anillo vibrante en la teoría de las cuerdas es generalmente (1,2,3...) veces el Planck masa. Los fisicos emplean esa escala como natural o típica de la teoria de las cuerdas..

Esto crea una cuestion crucial relacionada con los objetivos de reproducción de propiedades de las propiedades de la partícula en la Tabla 1.1-- 1.2 : .

Si la energía natural de la teoria de cuerdas es tan enorme ¿Como es posible el mundo que nos rodea lleno de electrones, quarzs, fotones y tantos otros?.

La respuesta llega una vez más de la física cuántica...El principio de incertidumbre asegura que nada es nunca perfectamente siempre. Todos los objetos sufren la agitación cuántica , pues si no conoceríamos donde están y cómo seguirían moviéndose con precisión completa.ta , en violación del principio de Heisenberg. Esto es verdad también para los anillos en la teoria de las cuerdas también.......

Las de baja energía como la gravedad las cuerdas propias del gravitón, su mensajero particular, las energía de cancelación son perfectas , como resultado cero en la particula de fuerza – masa gravitacional. Y esto es precisamente lo que ocurre para el graviton; la fuerza gravitional es transmitida a la velocidad de la luz y sólo las partículas de menos- masa corren a la velocidad de la luz y encima de poca energía.... Pero las combinaciones de baja-energía son muy excepcionales mas que la regla Los mas tipicos son del orden de masas de billón sobre billón veces mas grande que la del protón.

La tercera consecuencia:

Del enorme valor de la alta tensión de las cuerdas, es la posibilidad de ejecutar un infinito número de vibraciones diferentes.

... Como nuestros mas poderosos aceleradores de partículas solo pueden alcanzar energías del orden de un mil de veces la mas del protón , menos de un millón de billon de la Planck energía , estamos muy lejos de ser capaces alcanzar en el laboratorio alguna de esas nuevas partículas anunciadas por la teoría de las cuerdas..Hay maneras indirectas por las que nosotros podríamos buscarlas de otras maneras. Por ejemplo las energía que se desarrollan en el nacimiento del universo tendrían que haber sido bastante altas par producir esas partículas copiosamente En general poca esperanza de que sobrevivan partículas super pesadas en el presente, que son usualmente inestables, renunciando a su enorme massa por ir decayendo en cascada nunca de partículas de más luz , terminando relativamente con la familar partículas de luz en nuestro mundo. Sin embargo , es posibles que en tal estado alguna cuerda super pesada, una reliquia del big_bamg, sobreviviera al presente Si se encontraran tales spartículs, como discutiremos plenamente en el Capitulo 9, sería un monumental descubrimiento, por decir el final.Gravedad y la Mecánica cuántica en la teoria de cuerdas.

La estructura unificada que la teoría de cuerdas presente es obligado Pero su real atracción se debe por mejorar las hostilidades entre la fuerza gravitacional y la mecánica cuántica.

Recordando que el problema que surge en la relatividad general y la mecánica cuántica vuelve a surgir cuando aparecen las fluctuaciones que se levantan, incrementando la turbulencia cuando se comprueba sobre las mas pequeñas y mas pequeñas distancias reales. Sobre la escala-sub –Planc distancias, las ondulaciones cuánticas son tan violentas que ellos destruyen la noción plana de la curva del espacio geométrico; esto significa que la relatividad general se viene abajo.LA teoría de cuerdas a menudo violenta ls ondulaciones cuánticas "manchando" las propiedades del espacio en distancias cortas

Hay una aproximada y otra más precisa a la cuestion de lo que significa esto realmente y como se resuelverçia el conflicto. Nosotros lo discutiremos a su turno.

La Respuesta aproximada

Una de las maneras para apreciar y aprender acerca de la estructura de un objeto es proyectando otros contra él y observando la manera precisa como ellos son despedidos...EL tamaño de la partícula de prueba que utilizamos debe tener un límite más bajo a la escala de la longitud de la que nosotros somos sensibles.

. . . El ejemplo de un hueso de melocotón bombardeada por partículas de diferente tamaño. -..para detectar sus hoyos y escarpados a través de la proyección que resulta de esos impactos....

...

....

....

Sobre escala subatómicas , donde los conceptos cuánticos reemplazan a los razonamientos clásicos, la medida más apropiada de comprobar de una partícula es la onda cuántica de longitud, que indica la ventana de incertidumbre en esa posición.

De esta manera debido al principio de incertidumbre de Heisemberg , en el que el margen de error incurrido cuando utilizamos una partícula punto como comprobación ( nosotros enfocamos pruebas sobre el fotón pero la discusión se aplica a todas las demás partículas) igualmente se aplica a la comprobación de la partícula de onda cuántica.

.En un lenguaje mas entendible , la comprobación sensitiva de una partícula punto es difuminada por las oscilaciones de la mecánica cuántica , de la misma manera que la precisión de el bisturí de un cirujano es comprometida si él o ella tienen las manos sacudidas.

Peor es importante tener en cuenta que la longitud de onda cuántica de un partícula es inversamente proporcional a su momento , que es llanamente hablando su energía.

Incrementando a un punto de partícula la energía, su longitud-onda cuántica puede ser mas corta y mas corta – la dispersión cuántica puede ser disminuida más y más- y de aquí nosotros podemos utilizar esto para comprobar aun las mas finas estructuras. Intuitivamente , la más alta energía de partícula tiene mas grande poder de penetración y son además capaces de comprobar las mas pequeñas características longitud de una onda .

Bajo esta mirada , la distinción entre las partículas puntos y las hebras de las cuerda llega a ser manifiesto.

Un positivista diría que algo existe sólo si se puede -al menos en principio- ser probado y medido. Por eso la cuerda se supone que es el objeto elemental en el universo y desde aquí es demasiado grande para ser afectado por las violentas ondulaciones del Planck-lengt de la estrucutra espacial, estas fluctuaciones no pueden ser medidas y por eso de acuerdo con la teoria de las cuerdas, no se llegan a plantear actualmente.

En la Universidad de Princentom , <David Gross y su estudiante Palo Mendes mostraban que –en cuanto a la mecánica cuántica-, continuamente incrementando la energía de una cuerda no incrementa continuamente su habilidad a comprobar las estructuras mas pequeñas hasta como un punto de partícula energética. Encontraron que cuando la energia de una cuerda es aumentado . Si al principio es capaz de comprobar las estructuras sobre la escala de Planck Lengt, una energía adicional no agudiza la comprobación de la cuerda. Más bien , la energía causa que la cuerda crezca en tamaño, de este modo disminuyendo su sensibilidad a cortas distancias.

De hecho aunque el tamaño de un típico cuerda es el Planck longitud, si nosotros bombeamos bastante energía dentro de una cuerda - si imaginamos la posibilidad de una gran energía como la alcanzada en el big bang, podríamos hacer crecer a un tamaño macroscópico , ¡una prueba torpe de la verdad microscópica.!

Es como si una cuerda, como un punto partícula tiene dos fuentes de dispersión: la agitación cuántica, como partícula punto, y también su propia inherente extensión espacial. Incrementando una energía de la cuerda decrece la dispersión desde la primera fuente pero en definitivas incrementa la dispersión desde la segunda ...

La cuestion es que existe un limite en el proceso de diseccionar la naturaleza y que este nos impide comprobar las imperfecciones de la devastadora espuma cuántica.

Un positivista diría que algo existe solamente si podemos al menos en principio ser comprobado y medido. Pero `pesar de todo , y por lo tanto no puede decir que las supuestas tempestuosas ondulaciones cuántica sub –Planckinas no existen....Desde la teoría de las cuerdas supuestamente objetos elementales del universo y muy alejados paras ser afectados por la violenta sub- Planck-lengt ondulaciones de la estrucutra del espacio , estas fluctuaciones no pueden ser medidas y de aquí , de acuerdo a la teoría de las cuerdas , actualmente no son planteadas.

Un trineo de mano??

Hemos de denotar que nosotros hemos propiciado una vision muy particular de cómo son las partículas de materia, y todas las fuerza, como puntos-objetos con extensión literalmente no espacial y por lo tanto estamos obligados a considerar las propiedades del universo sobre escalas arbitrariamente muy cortas de distancia. Y en estas pequeñísimas distancias estamos embarcados en problemas que parecen irresolubles.

LA teorías de las cuerdas nos dice que nosotros nos encontramos con esos problemas porque no comprendemos las verdaderas reglas de juego. :

Que hay un limite Por encima del cual nos podemos comprobar el universo.-

Y en sentido real, hay un límite a como nuestras convencionales nociones de distancia pueden aun ser aplicada a la estructura ultramicroscópica del cosmos. Las supuestas fluctuaciones espaciales son ahora pueden ser concebidas producidas en nuestra teoria porque sabemos de esos límites y así somos conducidos por la particula-punto aproxima a rebasar extremadamente los límites de la realidad física.Dada la supuesta simplicidad de esta solución para resolver el problema entre la relatividad general y la mecánica cuántica alguno puede maravillarse el porque tanto empeño por algunos el sugerir que la descripción de la partícula-punto es meramente unas idealización y que en el mundo real las partículas elementales tienen alguna extensión espacial.

Esto nos lleva al segundo punto Hace tiempo que algunas mentes privilegiadas entre los fisicos teóricos tales como Puli, Heisenberg, Dirac y Feynman sugirieron que los constituyentes de la materia pueden que actualmente no sean puntos sino más bien pequeñas ondulacions "gotas" o "tocitos" . Es curioso que se empeñen algunos ante esta solución a ya que todas las partículas elementales de mundo ten alguna extensión espacial y que nuestra teoría del punto- partícula es meramente una idealización.

Estos y otros consideran muy difícil construir una teoría , cuyo constituyente fundamental es no una partícula punto que no es consistente con los mas básicos principios de la física tales como la conservación de la probabilidad mecánica-cuántica ( de tal manera que los objetos físicos no pueden desvanecer de repente del universo sin una traza) y la imposibilidad de ir mas lejos de la velocidad de la luz en la transmisión de la información.

Desde una variedad de perspectivas , su investigación demuestra una y otra vez que uno de estos principios o ambos son violados cuando el paradigma punto-prticula era descartada. A pesar de todo la característica de la teoría de cuerdas que después de mas de veinte años ha demostrado que aunque ciertas características son poco familiares , la teoría de las cuerdas respeta todas las propiedad requeridas por la teoría de la física sensible

Añadimos que a través del gravitón como muestra de vibración, la teoria de cuerdas es una teoría conteniendo la gravedad.

LA respuesta más precisa

LA respuesta profunda capta la esencia de por qué la teoría de las cuerdas prevalece donde las teoría previas a punto-particula fallaban.

Vamos a considerar en qué punto interactúan la partículas, si existen realmente y de aquí como podría utilizarse como investigaciones físicas.

Aunque la colisión de partículas particulares pueden considerarse que se comporta como la colisión de dos partículas grandes pero hay unas pequeñas diferencias

Cuando por ejemplo dos partículas se colisionan y una es un electrón y la otra es su antimateria ellos al colisionarse pueden aniquilarse produciendo un flash de energia pura liberando energia produciendo otro par, electrón positrón con trayectorias semejante ..

A los objetos que son lazos oscilantes solo observándoles a escalas muy diminutos somos capaces de comprender como se efectúa la colisión El flas. Un fotón es también una cuerda en una particular vibración emergiendo así, da lugar a una tercera cuerda. Igual que en la descripción práctica del punto

Hay una diferencia entre las dos colisiones en la de partícula punto, que es un punto identificable en el espacio y el tiempo Esto no es así en la colisión entre cuerdas cuando es observado por dos observadores en diferente estado de movimiento....El punto de colisión se difumina

La cuerda , siendo un objeto extendido , asegura que no

hay locación inambigua en el espacio ni en el

CUERDA *

Mas allá de las cuerdas?

Las cuerdas son especiales por dos razones. Primero porque aun pensando que ellas son con extensión espacial pueden ser descritas consistentemente en la estructura de la mecánica cuántica. Segundo, entre los modelos de resonancia vibratorio hay uno que tiene las propiedades exactas del gravitón , asegurando que la fuerza gravitacional es una parte intrínseca de su estructura. Pero así como justamente la teoría de las cuerdas muestra que la noción convencional de cero-dimensional de las partículas-punto aparece ser una idealización matemáticas, que no es realizada en el mundo real, puede también ser el caso de que un infinitesimal delgado unidimensional hilo ¿es similarmente una idealización matemática?..Parecidas dificultades no sobremontables encontradas por Heisemberg, Dirac y otros en sus intento para construir una teoria cuántica de tres-dimensiones ha estimulado repetidamente las investigaciones siguiendo esta cadena natural de razonamientos

Los ultimo investigaciones han llegado a a admitir que la teoría de las cuerdas no es una teoría que contenga solo cuerdas.

... Witten y otros en 1955es

que la teoria de cuerdas actual incluye ingredientes con una variedad de diferentes dimensiones: dos dimensiones .. tres dimensiones y aun mas exóticas posibilidades por añadidura. Es que la teoría de las cuerdas incluye actualemnte ingredientes con una variedad e diferentes dimensiones : bi-dimensional, Frisbee- como constituyentes, tridimensional como- gotas como onstituyentes; y aun mas exóticas posibilidades.Ahora continuaremos los pasos de la historia y mas profundamente explorar e las nuevas propiedades de las cuerdas de un universo construido de cuerdas uni-dimensional en vez de del cero-dimensional de las partículas-punto

...

.Capitulo VII

El "SUPER" en las supercuerdas

Algunas de las decisiones que deben tomar ahora los científicos viene dictadas por la consistencia lógica interna; se requiere ciertamente que la teoria sensiblemente evite absurdos lógicos. Otras veces se deja llevar el científico por la estética en el sentido que las teoria tienen una elegancia y belleza de estructura en conformidad con experiencia que tenemos del mundo. Por supuesto, nada asegura que esta estrategia lleve a la Verdad

Así como en el arte, en la física la simetría tiene un concreto y preciso significado. Durante los últimos años ha hecho posible encontrar teorías en las que las partículas materiales y las partículas mensajeras eran impensables. de otra manera Tales teorías , que une no solo las fuerzas de la naturaleza sino también los materiales constituyente, tienen la simetría mas grande posible y por esa razón han sido llamadas supersimetrías.

La Naturaleza de la Ley Fisica.

Seria casi impensable un mundo con leyes efímeras. Tal universo es una pesadilla fisica. ¿Qué significado se podría dar al término ley si esta puede e cambiar abruptament?. No significa que no haya cambios, pues el universo cambia continuamente... Significa que la ley gobierna tal evolución permaneciendo inamovible y fija.

Se puede uno preguntar si eso es verdad. De hecho, nada podemos decir; pero los éxitos en describir las numerosas características desde el instante después del bi bang a través del presente nos asegura que si la ley es cambiante lo esta haciendo muy poco a poco. Lo mas normal es deducir de todo lo que conocemos es que la ley es fija.

Concebir que las leyes fueran diferentes y cambiaran de un sitio a otro seria otra pesadilla... Si así fuera los físicos tendrían que experimentar en cada sitio para comprobar las leyes que actúan en cada lugar. Felizmente todo lo que conocemos apunta hacia una ley que es igual en todas las partes. Además , nuestra habilidad para explicar un basto número de observaciones astrofísicas de las más lejanas regiones del cosmos , fijados por los principios de la física nos conduce a creer que la misma ley se cumple de verdad en todo lugar. Claro que no podemos absolutamente afirmar esto ya que no hemos paseado por el fin del universo; pero todo apunta a lo contrario.

Aunque ocurran fenómenos diferentes en diferentes lugares , por ejemplo en la luna sabemos que responden a datos concretos que confirman la ley . Como es el caso de la ley de Newton y de Einstein.

Esto es conocido como simetrías de la naturaleza. En jerga de los físicos significa que la naturaleza se comporta en cada momento y cada lugar en el espacio simétricamente-idénticamente asegurando la actuación de la misma ley.

Esta riqueza, complejidad, y los diversos fenómenos emergentes de una simple concurrencia de una ley universal es lo que para los fisicos cosntituye y evoca la "belleza".

También encontramos otras simetrías en las discusiones de las teorias de la relatividad especial y general. ... A través de la intrínseca llamada estética de este igualatorio tratamiento de todo movimiento, hemos visto que estas simetrías principales juegan un papel pivotante en la estupenda conclusión respecto a la gravedad que fundó Einstein..

Existe la simetría rotacional, que quiere decir que la ley es vigente en todas la orientaciones. Es una simetría principal...

¿Hay otras? Se puede sugerir la que existe en la Indicador simetrías asociadas con las fuerzas no gravitacionales. Son evidentemente simetrías de la naturaleza, pero son más abstractas; nuestro enfoque principal. aquí, es sobre simetría que tiene relación directa con el ºespacio, tiempo o movimiento. Aunque es verdad que existen otras posibilidades

en 1967 los físicos de Sidney Coleman y Jeffrey Mandula

dicen que no se pueden combinar otras simetrías asociadas con el espacio, el tiempo o el movimiento con aquellas discutidas y resultantes en una teoria que soporte algún parecido en nuestro mundo

.Debido a este teorema de Coleman-Mndula no se explotó plenamente la simetría sensitiva algo conocido como spin.

SPIN

Una partícula elemental tal como un electrón puede orbitar alrededor del núcleo del átomo algo parecido de la misma manera que la tierra alrededor del sol. Pero, en la tradicional descripción de punto partícula de un electrón, aparecería que no hay analogía del giro de la tierra alrededor de su eje. Cuando un objeto gira, los puntos sobre el eje de rotación mismo , como el punto central de giro Frisbee, no se mueve. Tal razonamiento fue desbordado muchos años después por una sorpresa de la mecánica cuántica.

En 1925 físico alemanes Ublenbebeck y Samunel Goudsmit

un montón de puzlles relativos a la emisión y reabsorción de la luz por los átomos se podrían explicar fácilmente, si los electrones se asumiera que tiene propiedades magnéticas.Unos cientos años antes, Ampere había demostrado que el magnetismo surge desde el movimiento de la carga eléctrica.

Siguiendo este camino Goudsmit y Unlecnbeck llegaron a que solo una específica forma de movimiento del electrón podría dar lugar a las propiedades magnéticas sugeridas por los datos: El movimiento rotativo- esto es el giro.

Acaso esto significa que el electrón está girando ¿?? Si y no... Lo que significa su trabajo es que hay una noción de mecanica- cuántica del spin que es muy semejante a la usual imagen pero inherente en la naturaleza de mecánica cuántica. Es una de esas propiedades del mundo microscópico que roza contra las ideas clásicas pero inyecta una torsión cuántica verificada experimentalmente.

Por ejemplo lo que ocurre con la patinadora En tanto ella arrima sus manos contra de ella gira más rápidamente Y más tarde o más temprano depende de como ella entre dentro del giro poco a poco se parará. No así ocurre en el spin revelado por Ubhlenbeck y Goudsmit

El spin tiene un giro fijo y nunca cambia . El spin de un electrón es una propiedad intrínseca

En lenguaje de los físicos dicen que todas las partículas de la materia tienen "spin ½" rotundamente hablando el valor ½ . es la medida de mecánica cuántica de cómo rotan las partículas completamente. Además los físicos han demostrado que las fuerzas no gravitacionales-fotones, indicadores weak bosons, y gluones- también poseen una intrínseca rotación característica, que da la vuelta dos veces más que las partículas de la materia. Ellas tienen todas un "spin 1".

Y qué acerca de la gravedad ¿?

Pues bien aún antes de la teoría de las cuerdas los físicos fueron capaces de determinar qué spin debe tener el hipotético gravitón para ser el transmisor de la gravitacional fuerza. La respuesta: dos veces el espin del foton, weak indicador bososns y gluosn--.- esto es "spin2".

En el contexto de la teoria de las cuerdas, el spin – igual que la masas y las fuerzas de carga- es asociado con el modelo de vibración que ejecuta una cuerda .

Proclamaron que la teoría de las cuerdas puede incorporar la fuerza gravitacional porque habían encontrado que las cuerdas necesariamente tienen una forma vibratoria en su repertorio que es mínimo de masa y tiene "spin2". El sello característico del gravitón.

Supersimetrías y superparejas

Se descubrió que en mecánica cuántica la rotación difiere substancialmente de la imagen de un spin top Existen otras formas de movimiento rotacional que simplemente no existen en un universo.puro clásico

¿ Puede ser que la mas sutil movimiento rotacional asociado con el spin conduce a otra posible simetría de la ley de la naturaleza?

Hacia 1971

Los físicos demostraron que la respuesta a esta cuestión es que sí . Aunque la historia plena es completamente supuesta , la idea básica es que cuando el spin es considerado, hay precisamente una simetría más de la ley de la naturaleza que es matemáticamente posible. Se conoce como la supersimetría.

En 1970 Los físicos se dieron cuenta que si el universo es supersimétrico las partículas de la naturaleza deben surgir a pares , cuyos respectivos spin difieren por una media unidad.

Tales pares de partícula independiente de que sean concebidos como puntos (como en el modelo standar) o como delgados lazos vibrando – son llamados super pareja. De aquí que las partículas de la materia tengan ½ spin mientras algunos de las partículas mensajeras tengan 1 spin .

Supersimetría aparece como resultado de un emparejamiento - de la materia y la partícula de fuerza. De tal manera, aparece como un maravilloso concepto unificador. El problema surge en los detalles.

En 1970 los investigadores se encontraron de que ninguna de la partículas conocidas podían ser superpareja de ninguna otra. De las Tabla 1.1 y 1,2 . Por ejemplo, seria "un spin –o "pareja del electrón ; esta hipotética partícula seria llamada el selectrón (una contracción del supersimétrico-electrón) . Lo mismo seria verdad para otras partículas de materia, el hipotético spin-0 , superpareja del los neutrinos y los quark que serian llamados sneutrinos y squarks. Similarmente las partículas de fuerza tendrían spin –1/2 superparejas. Para el fotón los foinos para el gluon los gluinos; para el W y para el Z bossons serían lo Winos y los Zinos

Desde otro punto de vista las supersimetrias parece ser un terrible característica antieconómica; se requiere un mundo de partículas adicionales, que doblan la lista de las fundamentales ingredientes. Y como ninguna de las superparejas ha sido detectada, sería justificada tomar nota de Rabin del Capitulo 1 recordando el descubrimiento del muon un paso mas lejos, declara que nadie ordenó la supersimetria...

Por tres razones, el rechazo de las supersimetria sería completamente prematuro

En primer lugar por un punto de vista estético los físicos no entenderían que la naturaleza no respetara completamente todas las supersimetrías que son matemáticamente posibles.En segundo lugar, aun dentro del modelo estandar, una teoría que ignora la gravedad , el espinosos asunto técnico asociado con el proceso cuántico es resuelto si la teoría es supermétrica

El problema básico es que cada especie de partícula hace su propia contribución al microscópica frenesí mecánica - cuántica. Los físicos han hallado que en el baño de este frenesí ciertos procesos suponiendo partículas interrelacionada permanecerían consistentes sólamente si los parámetros numéricos en el modelo estandar están con precisión - de acuerdo- más de una parte en un millón de billón - para cancelar los mas perniciosos efectos cuánticos . Aunque esta precisión puede llevarse a cabo en el modelo estandar, muchos físicos sospechan completamente de esa teoría que es tan delicadamente construida que fracasaría si un numero en el que depende es cambiado en el cincuenta dígito después del punto decimal.

La tercra pieza de la evidencia circunstancial para la supersimetría surge desde la noción de gran unificación. Una de las características del puzle de las cuatro fuerzas de la naturaleza es la enorme desproporción en sus fuerzas intrínsecas. La electromagnética tiene menos del 1 por ciento de la fuerza de la mayor fuerza , la fuerza débil es miles de veces más débil que aquella y la gravitacional es 10^-35 veces más aun que la débil.

establecieron una profunda conexión entre el electromagnetismo y la fuerza débil Y también una análoga conexión podía ser forjada con la fuerza grande. Su trabajo propone "una gran unificación " de tres de las cuatro fuerzas.Los trabajos subsiguientes llevados a cabo en Harvard por Georgi, Helen Quinn y Weinberg han puesto de manifiesto la potencial unidad de las fuerza no gravitacionales.

Por su importancia insitimos en explicar esto. Sabemos que la atracción entre dos partículas cargadas opuestamente o dos cuerpos de masas van siendo mayores a medida que las distancias decrecen.

Cuando examinamos el campo de fuerza de un electrón, por ejemplo, nosotros estamos midiendo a través de la "mixtura" de la momentáneas erupciones partícula- antipartículas y las aniquilaciones que están ocurriendo a través de la región del espacio circundante. De un tiempo acá los físicos han comprobado que esta "mixtura" de fluctuaciones microscópicas oscurece la intensidad del campo de fuerza de los electrones Pero es de notar que en tanto nos acercamos al electrón , habremos penetrado más en el cerco de las partícula-antipartículas y por eso estaremos menos sujetos a su influencia decreciente. Esto implica que la intensidad de un campo eléctrico incrementará a medida que nosotros nos acercamos.En 1973 Gross y Frank Wilczek en Pricenton e indepenientemente David Politzer en Harwrd

Los físicos distinguen entre este incremento en intensidad de la mecánica cuántica cuanto más nos acercamos al electrón de aquello que conoce la física clásica, diciendo que la intensidad interna de la fuerza electromagnética incrementa en las escalas de distancias más cortas.

Pero qué pasa con las otras fuerzas del modelo estandar??

El nublado cuántico de la partícula producido por las erupciones y aniquilaciones amplifica la intensidad de las fuerzas débiles y grandes . Esto implica que cuando examinamos a cortas distancias penetramos mas en este abarrotado nublado y de aquí el que estamos sujetos a una amplificación menor.

Y así, la intensidad de estas fuerzas va debilitándose una de ellas cuando son comprobadas en distancias cortas.George Quinn y Weinbweeg se aprovecharon de esta realización y corrieron con ello hacia un notable fin .

Demostraron que cuando estos efectos del frenesí cuántico se acumulan cuidadosamente , el resultado neto es que las intensidades de las tres fuerzas no gravitacionales son impulsadas juntas. Fig 7-1

La diferencia que existe a escalas accesibles es debido a las tecnologías corrientes de medida... Argumentan estos físicos que estas diferencias se debe a los diferentes efectos que el haz del microscopio cuántico activa sobre cada fuerza.

Demostraron que si se hace esas medidas penetrando a distancias de cerca de (10^-29) de un centímetro las tres fuerzas no gravitacionales la intensidad llega a ser igual.

Es de denotar la alta energia necesaria par llevar a cabo estas medida que exigiría temperatura grandísimas como las que ocurrieron a la 10^-39 de un segundo de vejez después del oin –bang..

distancia mas corta distancia

Fig. 7-1 Fig. 7-2

Recalcularon las extrapolaciones de Georgei, Quinn y Weinberg y demostraon dos cosas significativas:

Primero. Que la intensidad de las tres fuerzas no gravitacionales casi de acuerdo, pero no completamente en escalas de pequeñas distancias; escalas (equivalente a alta temperatura y energía) . Fig.7-2

Segundo que estas pequeñas pero innegables discrepancias desaparecían en sus intensidades desvanecidas si se incorporaban las supersimetrías..

Para muchos físicos es difícil creer que la naturaleza elija las fuerzas de tal manera, que tengan intensidades que miscroscópicamente casi llegan a ser iguales y como si faltara algo para que se igualaran y que precisamnte con la supersimetría esto se corrija.

Otro aspecto de esta última realización es que nos dota e una posible respuesta a la cuestión ¿ Por qué no han sido descubiertas algunas de las supepsrtner partículas?. Los cálculos que conducen la convergencia de la intensidad de fuerzas , así también como otras consideraciones estudiadas por numerosos físicos , indican que estas partículas superpartner deben ser un más pesadas que las conocidas partículas. ... pueden ser mil veces tan masivas como un protón sino más pesadas... No hay acelerador que pueda alcanzar tales energías de donde volvemos a esperar en el próximo futuro, si las prospecciones experimentales determinarán si las supersimetrías es una propiedad de nuestro mundo.

Las razone que hemos dado están lejos de ser herméticas. para no rechazar las supersimet´rias Hemos descrito como las superesimetrias eleva a nuestras teorías a sus formas más simétricas pero se podria sugerir que por qué debe el universo tiene que seguir estas formas simétricas que son "matemáticamente " posibles.. O por qué la naturaleza tiene que seguir esos caminos entre la auto consistencia y la auto- destrucción.. o por qué nunca han sido encontradas ... o por qué deben coincidir a escalas microscópicas...

Nadie puede refutar estas y otras razones; pero el caso es que la supersimetría coge inmensamente fuerza cuando nosotros consideramos su rol en la teoría de las cuerdas.La supersimetría en las teoría de las cuerdas.1960

La teoría de las cuerdas surgió del trabajo de Veneziano en el último decadas de 1960 que incorporó todas las simetrías discutidas en este capitulo pero no incorporóo las supersimetrías, que aún no habían sido decubiertas. Esta nueva teoría fue llamada "teoría cuerda bosonic". Significaba que todos los modos vibracionales de la cuerda tenían spin, que eran un número entero- no había modelos fermionic , esto es, ningún modelo con spin diferiría de un número entero de una mitad de unidad.

1º De esta manera no podía describir todas las fuerzas ni toda la materia, ya que las partículas de la materia todos tienen spin ^–1/2

2º.- Esta teoria esta fallando en algo esencial, la imposibilidad de una vibración de bosonic-cuerda de un modelo cuya masa era negativa el llamado "tachyon"

Aun antes de la teoria de las cuerdas los físicos habían estudiado la posibilidad de que en nuestro mundo hubiera partículas tachones ...todo esto hizo fracasar esta teoria..

ÑññññññññññññññññññññññEn 1971

Empezó a surgir una teoria de las cuerdas a través de los trabajos de Schward y Andrée Neveu vieron que las vibraciones de los bosonic y los fermionic aparecen llegando en pares . En 1977

Gliozzi y David Olive dentro de la propia luz determinaron que estos pares incorporaba la nueva teoria de la supersimetría y la observada vibracón en paralelo de bosonic y fermionic reflejaba su alta carácter de simetría. La "teoría de la cuerda supersimétrica" ha nacido

Además demostraron que la turbación de la vibración tachyon de la cuerda bosnic no afecta a la supercuerda. Suavemente las piezas del puzle van encajando..

No obstante Zomino y Julius Wes extendieron esa supersimetrisa - la nueva simetria emergiendo desde la reformulación de la teoria de las cuerdas- que era aplicable a una teoría basada en puntos-partículas. Por cierto tiempo la teoría del campo cuántico fue central en la comunidad de físicos de partículas sobre lo que ha llegado a llamarse "campo cuántico de supersimetría" Como vemos el punto-particula tiene una gran deuda de la teoría de las cuerdas. La supersimetría discutida anteriormente es una de las consecuencias últimas de esas teorías.

En 1980

Con el resurgir de la teoría de las supercuerdas ha vuelto a resurgir en el contexto de su original descubrimiento. La teoría de las cuerdas es la única manera que nosotros sabemos capaz de asumir la relatividad general y la mecánica cuántica Pero solamente la versión de la teoria de la supersimetría de las cuerdas, que evita el pernicioso problema del tachyon y que tiene modelos vibracionales de fermionic que pueden e unirse para constituir las partículas materiales de nuestro mundo alrededor. La supersimetría va de mano con la teoría de las cuerdas para una teoria de la gravedad cuántica así como de la exigencia de la unidad de todas las fuerzas y toda la materia. Si la teoría de las cuerdas es recta, los fisicos esperan que también es supersimetría.

Hasta mediados de 1990 una particular turbación inundó a la teoría de la supersimetría de las cuerdas