Breve comentario sobre el Modelo Estándar de la Física

Este modelo es feo y complicado:

1. 36 quarks, que se presentan en 6 “sabores” y 3 “colores” y sus réplicas en antimateria para describir las interacciones fuertes.
2. 8 campos de Yang-Mills para describir los gluones, que ligan los quarks.
3. 4 campos de Yang-Mills para describir las fuerzas débiles y electromagnéticas.
4. 6 tipos de leptones para describir las interacciones débiles.
5. Un gran número de misteriosas partículas de “Higgs” necesarias para ajustar las masas y las constantes que describen a las partículas.
6. Al menos 19 constantes arbitrarias que describen las masas de las partículas y las intensidades de las diversas interacciones.  Estas diecinueve constantes deben ser introducidas a la fuerza; no están determinadas en modo alguno por la teoría.

Así las cosas, está claro que, hay que buscar otro modelo.

La fealdad del Modelo Estándar puede contrastarse con la simplicidad de las ecuaciones de Einstein, en las que todo se deducía de primeros principios.  Para comprender el contraste estético entre el Modelo Estándar y la teoría de la relatividad general de Einstein debemos comprender que, cuando los físicos hablan de “belleza” en sus teorías, realmente quieren decir que estas “bellas” teorías deben poseer al menos dos características esenciales:

1. Una simetría unificadora
2. La capacidad de explicar grandes cantidades de datos experimentales con las expresiones matemáticas más económicas.

El Modelo Estándar falla en ambos aspectos, mientras que la relatividad general los exhibe, ambos, de manera bien patente.  Nunca una teoría dijo tanto con tan poco, su sencillez es asombrosa y su profundidad increíble.  De hecho, desde que se publicó en 1915, no ha dejado de dar frutas y, aún no se han obtenido de ella todos los mensajes que contiene.

Al contrario de la relatividad general, la simetría del Modelo Estándar, está realmente formada empalmando tres simetrías más pequeñas, una por cada una de las fuerzas, el modelo es espeso e incómodo en su forma.  Ciertamente no es económica en modo alguno.  Por ejemplo, las ecuaciones de Einstein, escritas en su totalidad, solo ocupan unos centímetros y ni siquiera llenaría una línea de esta página.  A partir de esta escasa línea de ecuaciones, podemos ir más allá de las leyes de Newton y derivar la distorsión del espacio, el Big Bang y otros fenómenos astronómicos importantes como los Agujeros Negros.  Por el contrario, solo escribir el Modelo Estándar en su totalidad requeriría, siendo escueto, un par de páginas de esta libreta y parecería un galimatías de símbolos complejos sólo entendibles por expertos.

Los científicos quieren creer que la naturaleza prefiere la economía en sus creaciones y que siempre parece evitar redundancias innecesarias al crear estructuras físicas, biológicas y químicas.

El matemático francés Henri Poincaré lo expresó de forma aún más franca cuando escribió: “El científico no estudia la Naturaleza porque es útil; la estudia porque disfruta con ello, y disfruta con ello porque es bella”.

E. Rutherford, quien descubrió el núcleo del átomo (entre otras muchas cosas), dijo: una vez: “Toda ciencia es o física o coleccionar sello”.  Se refería a la enorme importancia que tiene la física para la ciencia, aunque se le olvidó mencionar que, la física, esta sostenida por las matemáticas que la explica.

Pero, a pesar de todos sus inconvenientes, el Modelo Estándar, desde su implantación, ha cosechado un éxito tras otro, con sus inconvenientes y sus diecinueve parámetros aleatorios, lo cierto es que, es lo mejor que tenemos por el momento para explicar las familias de partículas que conforman la materia y como actúan las fuerzas de la naturaleza, todas las fuerzas menos la Gravedad, esa nos la explica a la perfección y sin fisuras las ecuaciones de Einstein de la relatividad General.

Hace tiempo que los físicos tratan de mejorar el Modelo Estándar con otras teorías más avanzadas y modernas que puedan explicar la materia y el espacio-tiempo con mayor amplitud y, sobre todo, incluyendo la Gravedad.  Así que retomando la teoría de kaluza de la quinta dimensión, se propuso la teoría de Supergravedad en 1.976 por los físicos Daniel Freedman, Sergio Ferrara y Meter van Nieuwenhuizen, de la Universidad del Estado de Nueva Cork en Stoney Brook que desarrollaron esta nueva teoría en un espacio de once dimensiones.

Para desarrollar la superteoría de kaluza-klein en once dimensiones, uno tiene que incrementar  enormemente las componentes del interior del Tensor métrico de Riemann (que Einstein utilizó en cuatro dimensiones, tres de espacio y una de Tiempo para su relatividad general y, más tarde, kaluza, añadiendo otra dimensión de espacio, la llevó hasta la quinta dimensión haciendo así posible unir la teoría de Einstein de la Gravedad, con la teoría de Maxwell del Electromagnetismo), que ahora se convierte en el supertensor métrico de Riemann.

Esta nueva teoría de supergravedad pretendía la unificación de todas las fuerzas conocidas con la materia, y, como en un rompecabezas, encajarlas en el Tensor de Riemann tan solo con elevar el número de dimensiones que exigía más componentes y nos daba el espacio necesario para poder ubicar en sus apartados correspondientes, todas las fuerzas fundamentales y también la materia, la que podía satisfacer, casi en su totalidad, el sueño de Einstein.

Para visualizar esto, desarrollemos el tensor métrico y mostremos un sencillo diagrama de cómo se las arregla la supergravedad para encajar el campo de Einstein, el campo de Yang-Mills y los campos de Maxwell y de la materia, todo ello en 11 dimensiones.

emilio silvera

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