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LHC: Una teoría contra las cuerdas

por Ariel Palazzesi 18 diciembre, 2010, 2:06 pm 21 Comments

Teoría de Cuerdas vs. Agujeros Negros

Se considera a la Teoría de Cuerdas (TC) como uno de los candidatos capaces de combinar la mecánica cuántica y la relatividad en una teoría de Gran Unificación, algo así como el Santo Grial de los físicos. Muchas de las predicciones de la TC son muy difíciles de comprobar, pero los responsables del Gran Colisionador de Hadrones han logrado diseñar un experimento destinado verificar una de ellas: la existencia de dimensiones ocultas. Los resultados son poco alentadores, y muchos creen que la Teoría de Cuerdas ha perdido la primera batalla.

Las teorías de cuerdas -si, existen varias- no son un invento reciente. La primera de ellas vio la luz en al década de 1960, como un intento de encontrar una teoría que pudiese describir la interacción nuclear fuerte. Esta teoría consideraba a las partículas como el protón y el neutrón como ondas sobre la cuerda de un violín, y la interacción fuerte entre las partículas como pequeños fragmentos de cuerda que se extendían entre las cuerdas correspondientes a las partículas, formando una especie de red. Por supuesto, estas cuerdas eran muy especiales, ya que para que la matemática subyacente funcionase, debían soportar una tensión de aproximadamente diez toneladas. Jöel Scherk, de París, y John Schwuarz, del Instituto de Tecnología de California, publicaron en 1974 un artículo en el que demostraban que la Teoría de Cuerdas (TC) incluso podría describir la fuerza gravitatoria, pero con la condición de que se las tensase con una fuerza cercana al trillón de toneladas. En esas condiciones, la predicciones de la TC, a “escalas normales”, serían las mismas que las de la Teoría de la Relatividad General, aunque a escalas muy pequeñas -en distancias muy menores al radio de un electrón- surgían diferencias. Dado que comprobar experimentalmente cualquiera de esas predicciones estaba muy lejos de la tecnología de la época, y al auge que tenia la teoría de los quarks y los gluones, Scherk y Schwuarz no recibieron demasiada atención por su trabajo.

Con el paso del tiempo, el “mapa” descrito por los quarks comenzó a complicarse. Los quarks eran cada vez más numerosos y la cifra de partículas elementales superó las sesenta. ¿Era posible que los objetos básicos del Universo fuesen tantos? Esta duda hizo que a mediados de la década de 1980 la TC resurgiese como una alternativa válida, ya que las cuerdas permitían describir el Universo de una forma mucho más sencilla. Las que anteriormente se consideraban como “partículas”, podían ser ahora explicadas como ondas viajando por cuerdas, como las notas musicales que emite la cuerda vibrante de un violín. Lamentablemente, la imposibilidad de realizar experimentos destinados a probar estas teorías seguía estando presente, y su diminuto tamaño poco ayudaba en este trabajo. Pero la construcción del Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por Large Hadron Collider) permitió a los físicos volver a soñar con una serie de experimentos que pudiesen demostrar -o refutar- la existencia de estas diminutas y poderosas cuerdas. Uno de los experimentos fue concebido hace años, y tenia como objetivo demostrar la existencia de dimensiones ocultas, uno de los aspectos clave de la Teoría de Cuerdas.

Básicamente, este experimento busca la existencia de micro-agujeros negros, objetos más pequeños que un núcleo atómico que -teóricamente- podría ser producidos cuando chocan entre si, a velocidades sumamente altas, un par de protones. Este agujero negro microscópico sería muy inestable y desaparecería rápidamente, liberando en el proceso una gran cantidad de partículas subatómicas. Los físicos pueden, de acuerdo a la variedad y tipo de partículas generadas, deducir si el Universo tiene 10, 11, o aún más dimensiones. El LHC, por primera vez en la historia de la humanidad, podía producir la energía masiva que se necesita para crear estos micro agujeros negros, y así se hizo. Pero los resultados resultaron poco alentadores para la TC. Los ordenadores a cargo del análisis de los datos recogidos por los sensores del acelerador han completado la búsqueda exhaustiva de partículas creadas durante las colisiones de protones de alta energía, y no hay evidencia en absoluto de que se haya producido siquiera el micro-agujero negro predicho por la TC. Se produjeron energías de 3.5 y 4.5 teraelectronvoltios, el rango en el que la Teoría de Cuerdas predice la aparición de estos agujeros, pero nada ocurrió.

Pero no todo está perdido. Si bien esto se encuentra a años luz de ser una buena noticia, tampoco significa que sea el fin de la Teoría de Cuerdas. Existe la posibilidad de que el agujero negro haya sido generado y el LHC no haya podido detectarlo o que se encontrase “atrapado” en alguna de las dimensiones ocultas predichas por la TC. Si esto ultimo es lo que ocurrió, significa que necesitamos aún más energía para repetir el experimento, y que debemos esperar a construir el “LHC 2,0” antes de volver a intentarlo. En otras palabras, la Teoría de Cuerdas sólo ha perdido esta batalla particular. No significa que debamos descartarla, ni mucho menos. Pero la “ausencia” del pequeño agujero negro significa que la teoría de la Gran Unificación deberá seguir esperando. Esperemos que no mucho tiempo.

Visto enmath.columbia.edu

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