¡La Teoría de Cuerdas sirvió para algo!

La teoría de cuerdas ha sido examinada cuidadosamente en los últimos años, y una buena cantidad de científicos ha expresado dudas acerca de su utilidad. Probablemente la culpa haya sido del entusiasmo inicial, cuando parecía que podría utilizarse para resolver cualquier intríngulis físico. Sin embargo, los físicos teóricos en Leiden (Países Bajos) la han reivindicado, al describir por primera vez un fenómeno físico relacionado con la superconductividad utilizando la teoría de cuerdas.

"Esto es magnífico. Nunca he experimentado tal euforia". La frase pertenece a Jan Zaanen, un físico teórico de la Universidad de Leiden que no hace ningún intento de ocultar su entusiasmo. Zaanen  ha trabajado codo a codo con Mihailo Cubrovic y Koenraad Schalm durante meses, para desvelar un fenómeno natural nunca antes explicado. Han hecho su trabajo utilizando las herramientas matemáticas que proporciona la vapuleada teoría de cuerdas y, gracias a estos físicos, la controvertida teoría vuelve a aparecer en las páginas de la revista Science Express.

La teoría de cuerdas es, básicamente, una herramienta matemática que pretende unificar las leyes de la mecánica cuántica con las de la teoría general de la relatividad. El nombre “teoría de cuerdas” se debe a que establece que las partículas subatómicas se comportan como (muy) pequeñas entidades monodimensionales similares a cuerdas, a diferencia de los enfoques más tradicionales que representa a estas partículas como puntos adimensionales. La teoría establece correspondencias entre cuerdas que vibran de formas particulares con partículas que poseen propiedades definidas, como la masa o la carga. En la década de 1980, los físicos se entusiasmaron con este enfoque, ya que tenía el potencial de -finalmente- lograr unir en un mismo grupo de ecuaciones las cuatro fuerzas básicas de la naturaleza –gravedad, electromagnetismo, fuerza nuclear fuerte y fuerza nuclear débil– y todos los aspectos de la materia. Sin embargo, nunca se logró emplear la teoría de cuerdas en un caso práctico, mucho menos para encontrar la “teoría del todo”. Pero el trabajo de Zaanen y su equipo parece haber cambiado esta situación.

Cubrovic,  Zaanen y Schalm aplicaron la correspondencia de la Teoría del Campo Conforme/Anti-de-Sitter (AdS/CFT, por sus siglas en inglés) de la Teoría de Cuerdas para explicar el estado crítico cuántico de los electrones. La superconductividad a altas temperaturas siempre ha sido un tema muy “caliente” para los físicos, que conocen materiales con ese comportamiento pero no pueden explicar por qué ocurre. Este es el estado en que se encuentran los electrones de un material justo antes de volverse superconductor a alta temperatura, y se trata de una especie de  “sopa cuántica” en el que los electrones implicados exhiben el mismo comportamiento a escala cuántica que a escala macroscópica. Es un tema para nada menor, ya que la correspondencia AdS/CFT podría ser la llave que permita abrir la puerta que separa al mundo relativista del de la mecánica cuántica. Los autores trataron la situación mediante un modelo que describe la forma en que un agujero negro vibra cuando un electrón cae en él, para describir cómo los electrones que se mueven dentro y fuera de un estado cuántico crítico.

Cuando se encuentran en estado superconductor, los electrones tienen la habilidad de atravesar un material sin que este les ofrezca ninguna resistencia eléctrica. Durante años se supuso que este efecto solo era posible a temperaturas muy bajas, cercanas al cero absoluto (unos -273 grados Celcius). Más tarde se descubrió que, en algunos materiales muy especiales, esta situación también se daba a altas temperaturas, sin que nadie pudiese proporcionar una explicación satisfactoria. El trabajo del equipo liderado por Jan Zaanen, desarrollado en la  Universidad de Leiden, tampoco cubre todos los flancos posibles de este fenómeno, pero aporta una buena cantidad de pistas sobre el particular, a la vez que demuestra que -finalmente- la Teoría de Cuerdas puede emplearse para abordar los grandes problemas de la física.