Teoría de Cuerdas 1/2

Como sabemos, el mundo de lo muy pequeño, de distancias mínimas y masas diminutas, se rige por la física de partículas, que tiene su gran referencia en el denominado Modelo Estándar de Partículas, que define un mundo cuántico y probabilístico dominado por las fuerzas fuerte, débil y electromagnética. En el otro extremo tenemos el mundo de lo muy grande, de masas y distancias enormes, que son objeto de la cosmología, que tiene su principal referencia en la teoría de la Relatividad General, donde impone su dominio la fuerza de la gravedad dando lugar a la curvatura del espacio tiempo. Ambas tuvieron su gran desarrollo en la primera mitad del siglo XX.

La Teoría de Cuerdas es una teoría que trata de unificarlo todo, englobando en una sola teoría la gravedad y la cuántica, intentando explicar además algunas cuestiones que estas aún no han explicado, como, por ejemplo, qué es la energía oscura que hace que el universo se expanda aceleradamente o cómo es el gravitón, partícula que es a la gravedad lo mismo que el fotón es al electromagnetismo. Se suele decir que la teoría de cuerdas es la física del siglo XXI, que por casualidad se cayó y comenzó su andadura en el siglo XX.
Todo empezó de la mano de un joven físico italiano llamado Gabriele Veneciano que trabajaba en la Organización Europea para la Investigación Nuclear, CERN. Veneciano llevaba varios meses dándole vueltas a unos datos experimentales procedentes de una colisión de protones en el acelerador de partículas sin saber muy bien qué hacer con ellos. Un día, cuando ojeaba un libro, se topó con una fórmula antigua que era justo lo que él iba buscando, porque en ella encajaban sus datos y la conexión entre ellos que él necesitaba. Se trataba de la función β que Euler formuló en el siglo XVIII. Inmediatamente se puso manos a la obra y lo publicó. Era el año 1968.
El artículo de Veneciano fue visto por otros físicos, que se dieron cuenta de que la fórmula que Veneciano utilizaba para analizar las partículas que se habían originado tras una colisión en el CERN, se podía obtener del análisis de un movimiento armónico según la física de Newton. Es decir, podía corresponder al movimiento de dos bolitas sujetas por un resorte o, simplemente, a las oscilaciones de una pequeña cuerda elástica. Estos físicos fueron Yaichiro Nambu, estadounidense de origen japonés, Holger Nielsen, danés, y Leonard Susskind, estadounidense de nacimiento.
De todo esto resultó que se había descubierto una cierta relación entre las oscilaciones de una cuerda y la física de partículas, que puesta en manos de físicos teóricos y matemáticos dio lugar a lo que hoy llamamos Teoría de Cuerdas, siendo las cuerdas unos elementos muy pequeños cuyas vibraciones dan lugar a las partículas conocidas de toda la vida como los fotones, los electrones etc., dando con ello un paso más hacia lo pequeño, como muestra el esquema de la figura 1.

Figura 1 (el símbolo ^ significa «elevado a»)

El problema que entraña dar un salto más hacia lo pequeño es que para penetrar en su interior hay que dar un salto más, pero hacia arriba, en la energía que para ello se necesita, y por ahora esa energía está fuera del alcance de nuestros aceleradores, por lo que la teoría de cuerdas de momento tiene que conformarse con ser solo una teoría que no se puede comprobar experimentalmente. En este caso concreto, con distancias de 10^-32m haría falta una energía del orden de 10^19GeV. Las colisiones actuales en el CERN se llevan a cabo con energías del orden de 10^14GeV.
La teoría de cuerdas es de gran interés cuando se trata de sistemas pequeños y muy masivos como es el caso del big-bang y de los agujeros negros, pues entonces la llamada gravedad cuántica cobra su verdadero sentido. Sin embargo, también sirve para explicar cosas para las cuales no estaba pensada unificando bajo una misma ley fenómenos que parecían diferentes. Incluso hay científicos que utilizan la teoría de cuerdas como herramienta de apoyo para sus trabajos habituales en otros campos.
Una singularidad importante de la teoría de cuerdas es que asigna a la gravedad una partícula llamada gravitón, que es una partícula que los físicos llevan buscando mucho tiempo porque no está incluída en el Modelo Estándar. Con esta partícula, parece que de masa 0 y espín 2, que aún no se ha encontrado experimentalmente, se cree que el panorama de las partículas ya estaría completo.
El nombre de la teoría de cuerdas es sumamente descriptivo, pues la teoría nos dice que si miráramos una partícula con una lupa suficientemente potente, lo que veríamos sería, según se ilustra en la figura 2, una pequeña cuerda vibrando.

Figura 2

Es decir, que cada partícula que nosotros conocemos, mirándola en otra dimensión más profunda, más de detalle, no es sino una pequeña cuerda vibrando, o bien que los diferentes modos de vibración de una cuerda son los que generan las diferentes partículas que nosotros conocemos, las cuales tienen mayor masa a medida que aumenta la frecuencia de vibración de la cuerda. Las cuerdas pueden ser cerradas o abiertas. El estado más ligero de vibración de una cuerda cerrada es el gravitrón, y el estado más ligero de vibración de una cuerda abierta es el fotón. De todo esto seguiremos hablando otros días.

Figura de cabecera: Recreación artística de cuerdas cerradas, que son las que corresponden a los gravitrones.