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¿Universo de más dimensiones? ¿Dónde?

Autor por Emilio Silvera    ~    Archivo Clasificado en Teoría de Supercuerdas    ~    Comentarios Comments (9)

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                T. Kaluza

Las dimensiones mas altas fueron introducidas en una teoria unificada por primera vez en 1919, en Alemania, por Theodor Kaluza. Kaluza le escribio a Einstein sugiriendole que su sueño de hallar una teoria unificada de la fuerza de gravitacion y el electromagnetismo podia realizarse si elaboraba sus ecuaciones en un espaciotiempo de cinco dimensiones. Einstein al principio se burlo de la idea, mas tarde, pensando y estudiando la sugerencia con mas frialdad y examen mas profundo, lo reconsideró y ayudo a Kaluza a que pudiera publicar su articulo.

      Oskar Klein

Pocos años mas tarde, el fisico sueco Oskar Klein publico una version del de Kaluza que lo mejoraba dejando un diseño matematico mas fino, de mas calidad y que explicaba de manera mas contundente lo que la teoria queria significar al elevar la teoria a cinco dimensiones y lograr unificar la gravedad con el magnetismo. Desde entonces, la teoria es conocida como de Kaluza-Klein y, aunque parecia muy interesante, en realidad nadie sabia que con ella hasta los años setenta, cuando resulto beneficioso trabajar en la supersimetria.

Resultado de imagen de partículas supersimétricas

                                                                             Hipotéticas partículas supersimétricas

En la física de partículas, la supersimetría es una simetría hipotética que podría relacionar las propiedades de los bosones y los fermiones. La supersimetría también es conocida por el acrónimo inglés SUSY.

Aunque todavía no se ha verificado experimentalmente que la supersimetría sea una simetría de la naturaleza, reviste interés teórico porque la supersimetría puede resolver diversos problemas teóricos como el problema de la jerarquía, además de ofrecer candidatos adicionales para explicar la “materia oscura”.

La supersimetría es parte fundamental de muchos modelos teóricos, entre ellos la teoría de supercuerdas, que generaliza a la teoría de cuerdas. Recientes mediciones sobre las colisiones en el LHC no han dado pistas sobre la existencia de las partículas predichas por la supersimetría lo que resulta ser un gran golpe a la teoría.

Pronto Kaluza-Klein estuvo en los labios de todo el mundo (los fisicos mas destacados del hablaron de esa teoria). Aunque la teoria de cuerdas en particular y la supersimetria en general apelaban a mas dimensiones, las cuerdas tenian un modo de seleccionar su dimensionalidad requerida. Pronto se hizo evidente que la teoria de cuerdas solo seria eficaz en, diez, once y veintiseis dimensiones, y solo invocaba dos posibles grupos de simetria: SO(32) o E8 x E8. Cuando una teoria apunta algo tan tajantemente, los cientificos prestan atencion, y a finales de los años ochenta habia muchos fisicos que trabajaban en “las cuerdas”.

Resultado de imagen de El MOdelo Estándar

                                 El Modelo estándar se nos quedó pequeño, iremos más lejos

La cuerda es cuántica y gravitatoria, de sus entrañas surge, por arte de magia, la partícula mensajera de la fuerza de gravedad: el gravitón. Funde de natural las dos teorías físicas más poderosas de que disponemos, la mecánica cuántica y la relatividad general, y se convierte en supercuerda (con mayores grados de libertad) es capaz de describir bosones y fermiones, partículas de fuerza y de materia. La simple vibración de una cuerda infinitesimal podría unificar todas la fuerzas y partículas fundamentales.

Resultado de imagen de el espaciotiempo está hecho de supercuerdas

“Como te puedes imaginar, estas dimensiones son muy muy pequeñas, de hecho tienen la longitud de planck. Por eso nunca vamos a poder medirlas en la vida real. Pero las cuerdas, que también son muy muy pequeñas (de hecho algunas hasta tienen la longitud de planck), tienen la opción de vibrar en nuestras 3 dimensiones espaciales, o pueden vibrar en estas 6 dimensiones arrolladas (prefiero usar el término arrolladas que circulares, ya que los espacios de Calabi-Yau no son circulares en lo absoluto).

El simple hecho de que las cuerdas puedan vibrar en 9 dimensiones (3 largas y 6 arrolladas) es lo que hizo que las ecuaciones de la teoría de cuerdas fueran capaces de explicar todas las 4 fuerzas fundamentales. La ventaja de tener una teoría unificada, es que en vez de usar montones de ecuaciones diferentes, los físicos ahora sólo pueden usar las ecuaciones de la teoría de cuerdas, y ya está.”

 

universo

“El gif no muestra el espacio de Kalabi-Yau en todo su esplendor. Tan sólo muestra 3 dimensiones de este, y es imposible ilustrar más de 3 dimensiones. Pero recuerda que todos los espacios de Calabi-Yau tienen 6 dimensiones, las cuales pueden estar ubicadas de diferentes maneras. En otras palabras, no existe una forma específica de como es un espacio de Calabi-Yau, ya que podemos agrupar 6 dimensiones de infinitas maneras diferentes. “

Parece que todo está hecho de cuerdas, incluso el espacio y el tiempo podrían emerger de las relaciones, más o menos complejas, cuerdas vibrantes. La materia-materia, que tocamos y nos parece tan sólida y compacta, ya sabíamos que está conformada por grandes espacios vacíos, pero no imaginábamos que era tan sutil como una cuerda de energía vibrando. Los átomos, las galaxias, los agujeros negros, todo son marañas de cuerdas y supercuerdas vibrando en diez u once dimensiones espaciotemporales.

Resultado de imagen de el espaciotiempo está hecho de supercuerdas

Lo cierto es que, andamos un poco perdidos y no pocos físicos (no sabemos si de forma interesada), insisten una y otra vez, en cuestiones que parecen no llevar a ninguna parte y que, según las imposibilidades que nos presentan esos caminos, ¿no sería conveniente elegir otros derroteros para indagar nuevas físicas mientras tanto?, para dejar que avanzacen las tecnologías, se adquieran más potentes y nuevas formas de energías que nos puedan permitir llegar a sondear las cuerdas y poder vislumbrar si es cierto, que puedan existir esas cuerdas vibrantes que, con sus resonancias crean las partículas y la materia.

Resultado de imagen de el espaciotiempo está hecho de supercuerdas

Nos queda mucho porder oír las vibraciones de esas “cuerdas” que la física trata de encontrar, y, mientras tanto, oiremos vibrar esas otras que nos ofrece el violín en las manos expertos del músico con experiencia. Mientras tanto, esas otras cuerdas cuya existencia intuimos y soñamos, si es cierto que están ahí, seguirán silenciosas vibrando y creando materia a partir de esa ínfima sustancia que no hemos podido observar… ¡por el momento!

Quedaba mucho y duro trabajo por hacer, pero las perspectivas eran brillantes. y, de entre todos ellos, los mas destacados fueron Schwarz y sus colaboradores en supercuerdas Green y Edward Witten. Ellos fueron los artífices de un gran periodo de aventura intelectual que desembocó en la más moderna version de la teoria de cuerdas que elaboro E. Witten con el de Teoria M. Esta teoria de más altas dimensiones nos ha llevado a una enorme profundidad matematica en el campo de la topologia y, desde luego, ha dejado un panorama muy optimista en el horizonte.

Tal optimismo, luego, podria ser equivocado, ya que, de momento, solo contamos con el aparato teorico de la teoria y su verificación experimental se nos escapa al requerir disponer de la energia de Planck de 1019 GeV para comprobarla y, de momento, dicha energia fuera del alcance humano.

La teoria de supercuerdas y sus 11 dimensiones

                                      nadie las ha podido ver, las imaginamos de mil maneras

Einstein, como todos sabeis, dedico buena de la segunda mitad de su vida a intentar hallar una teoria de campo unificada de la gravitacion y el electromagnetismo, con expectativas populares tan altas que las ecuaciones de su labor en marcha eran expuestas en escaparates a lo largo de la Quinta Avenida de Nueva York, donde eran escudriñadas por multitud de curiosos que no las entendian. En aquel tiempo, Einstein desconocia que las matematicas precisas desarrollar una teoria asi, aun no existian. De ahi su fracaso en el intento. Él paradógicamente, habia ignorado los principios cuanticos, a pesar de haber sido uno de los padres de la teoría.

, retomemos las cuerdas. Los críticos del concepto de supercuerda señalaron que las afirmaciones sobre sus posibilidades se basaban casi enteramente en su belleza interna. La teoria no habia siquiera repetido los logros del Modelo Estandar, ni habia hecho ni una sola prediccion que pudiera someterse a prueba mediante experimentos. Una teoría así, más que teoría era una gran conjetura a la que le quedaba mucho camino por andar.

         Hemos podido ver otras muchas cosas …, ni fotinos ni selectrones han aparecido nunca

puedo admirar la imagen de un púlsar o un magnetar, me siento transportado a regiones lejanas del espacio en las que, ese magnetar o magnetoestrella (que es una estrella de neutrones alimentada con un campo magnético extremadamente fuerte y, simplemente se trata de una variedad de púlsar cuya característica principal es la expulsión, en un breve período -equivalente a la duración de un relámpago-, de enormes cantidades de alta energía en de rayos X y rayos gamma. ), ha surgido a partir de una estrella masiva y se ha conformado un extraño objeto exótico que nos produce sorpresa y admiración al ver como, a partir de una cosa totalmente diferente, por medio de transiciones de fase de diversa índole, se llega a formar otro objeto totalmente distinto del que fue.

¿Estamos perdidos y hablamos de fotinos,  squarks, etc. Estas partículas que son predichas por las teorías que unifican todas las fuerzas de la naturaleza. Forman un conjunto de contrapartidas de las partículas a las que estamos habituados y que nos son bien conocidas. Se nombran en analogía a sus compaleras : el squars es el compañero supersimétrico del quark, el fotino del fotón, etxc. Las más ligeras de estas partículas ¿podrían ser la materia oscuira?. Si es así, cada partícula probablemente pesaría al menos cuarenta veces más que un protón.

La supersimetria ordenaba que el Universo debia contener familias enteras dee nuevas particulas, entre ellas “selectrones” (equivalente supersimetrico del electron) y “fotinos” (equivalentes del foton), pero no especificaba las masas hipoteticas de tales particulas. La ausencia de pruebas aducidas en busquedas preliminares de particulas supersimetricas, como las realizadas en el acelerador PEP de Stanford y el PETRA de Hamburgo, por lo tanto no probaban nada; siempre se podia imaginar que las particulas eran demasiado masivas para ser producidas en esas maquinas y habria que esperar a otras mas adelantadas del futuro que, como el LHC, nos pueda sacar a la luz, algunas de esas particulas supersimetricas que confirmarian la teoria.

                     ¡Fotinos y selectrones! ¿Dónde? El LHC con sus 14 TeV ha llegado (según nos cuentan) al Bosón de Higgs pero… ¡cuerdas! No aparecen esas partículas supersimétricas y, la teoría, se tambalea.

Resultado de imagen de La teoría M

La Teoria M que antes mencionaba, es una version mas adelantada, en 11 dimensiones, nos ha dejado un cuadro que ilusiona y, luego, si finalmente se puede verificar lo que predice, estariamos ante una teoria cuantica de la gravedad y, desde luego, nos explicaria el Universo como nunca antes se pudo hacer. Claro que, nosotros, pobres mortales e igniorantes, nos seguimos haciendo las mismas preguntas:

¿Donde, pues, hemos de buscar ese universo hiperdimensional de la simetria perfecta? El mundo en el que vivimos esta lleno de simetrias rotas, y solo tiene cuatro dimensiones. La respuesta llega de la Cosmologia, la cual nos dice que el universo supersimetrico, si existio, pertenece al pasado. La implicacion de esto es que el universo empezo en un de perfeccion simetrica, del que evoluciono al universo menos simetrico en el que vivimos. Si es asi, la busqueda de la simetria perfecta es la busqueda del secreto del origen del universo, y la atencion de sus acolitos puede, volverse con buenas razones, como las caras de las flores al alba, hacia la blanca luz de la genesis cosmica.

¡Nos queda tanto por saber!

emilio silvera

 

  1. 1
    Pedro
    el 15 de febrero del 2018 a las 11:57

    Las cuerdas pueden vibrar en  9 dimensiones (3 largas (ancho,largo,alto)  y 6 arrolladas/alguna circular), siendo todas ellas espaciales, alguna de las 5 restantes podrían ser helicoidales diferentes a las circulares. Lo mismo es una sandez pero es lo que se me ocurre. La verdad esto de las dimensiones extra menudo galimatías.

    Cambiando de tema:

    Una curiosidad, si resulta que los nuetrones y protones lo forman quark (Up y dow) y gluones. Resulta que los neutrones aislados su vida media 13/15 minutos, se desintegran a través de la interacción  debil, (en un electron y un protón.) Y los protones 10 elevado 32 años. Se supone que les afectan en la misma medida la leyes de la mecánica cuántica y de la relatividad especial, están afectados por las mismas interacciones fuertes en su interior. Entonces ¿Esa estabilidad a que se debe, en el caso del protón.?

    Protón:dos quark Up y un quarks dow
    Neutrón: dos quarks dows y un quark Up.

      
    ¿Acaso en la interacción débil no se ve afectado el protón aislado y solamente le afecta la fuerte?

    Gracias

     

    Responder
    • 1.1
      Emilio Silvera
      el 16 de febrero del 2018 a las 5:44

      El protón, hasta donde podemos saber, es la partícula más estable. De hecho, nunca se ha observado la desintegración de un protón de manera natural. En cualquier sitio que mires te dirá: 

      “De hecho, la desintegración espontánea de los protones libres nunca ha sido observada. Sin embargo, algunas teorías que no conservan el número bariónico, entre las que se encuentran las teorías de la gran unificación, predicen procesos del tipo:

      p → e+ + π0
      p → μ + π0

      donde un protón se desintegraría, hipotéticamente, en un positrón y en un pión neutro; o en un muon y un pión neutro.”

      Aunque se ha tratado de buscar dicha desintegración, nunca se ha logrado.

      Saludos.

      Responder
  2. 2
    Fandila Soria
    el 18 de febrero del 2018 a las 9:23

    Cara al exterior, las masas de protón y neutrón son practicamente iguales.
     Sin embargo en el interior del neutrón, si se consideran las masa propias y cinéticas (Debida a la velocidad) de los quarks, en a sumatoria de masas quarks del neutrón hay un exceso de masa, pues la distribución de quarks es diferente con respecto al protón.
    En el neutrón también se da una escasísima carga negativa.
    La masa es muy importante en la estabilidad de las partícula, según y como se distribuyan en sus componenetes.
    Este exceso de masa “perdida” que no se aprecia al exterior del neutrón es la responsable de su inestabilidad.
    Las consideraciones también pueden hacerse mediante energías.
     Las masas de las partículas, ni que decir tiene que no son absolutas sino relativas a los parámetros con que se midan.
    ¿Por qué el bosón W aparece en el neutrón? Por su exceso de masa interna (Quarks doww), y su interacción con el vacío.
    Aun que al cabo, el protón asocido también la sufre por su relación mutua.

    Responder
    • 2.1
      Emilio Silvera
      el 19 de febrero del 2018 a las 6:24

      Lo cierto es, amigo Fandila, que es un auténtico ·milagro” en sí mismo que podamos hablar de todo eso, ya que, si tenemos en cuenta la profundidad en la inmensa lejanía de lo muy profundo, a la que se encuentran todos esos detalles, resulta increíble que hayamos podido llegar tan lejos ideando “máquinas” que nos permitieran profundizar en los secretos de la materia para saber todo lo que aquí explicas y mucho más.

      Un abrazo.

      Responder
  3. 3
    kike
    el 21 de febrero del 2018 a las 9:04

    Según tengo entendido(creo haberlo leído en esta misma página), la masa del protón no proviene de los quarks, ya que estos representan apenas el 1%; proviene de los gluones, y eso a través de la aparición de partículas virtuales, que desaparecen inmediatamente.

     Cada vez está más claro que en el fondo de la cuántica existen otras realidades muy diferentes a lo que estamos acostumbrados.

    Responder
    • 3.1
      Emilio Silvera
      el 21 de febrero del 2018 a las 10:24

      La cuántica, amigo Kike, es misteriosa y asombrosa a la vez, y, aunque de algunos de sus mecanismos ya tenemos algunas ideas (leyendo a Fandila se denota algún que otro conocimiento del tema), lo cierto es que, nos queda mucho por descubrir, y, como nos decía algún físico famoso, estamos inmersos en una isla de ignorancia a la que, poco a poco, le vamos agrandando el terreno y haciéndola mayor con cada nuevo descubrimiento que hacemos. Sin embargo, saber lo que se dice saber… ¡Sabemos menos de lo que nos creemos!

      Construimos teorías que pasados los años tenemos que refinar y ajustar con nuevos datos antes desconocidos, y, a medida que avanza la tecnología, y, en función de los nuevos aparatos y mecanismos que inventamos, se van dejando al descubierto regiones de ese “universo” diminuto que antes no podíamos contemplar y que nos obliga a cambiar algunas creencias firmemente asentadas pero que no eran acertadas.

      Saludos.

      Responder
    • 3.2
      Fandila Soria
      el 22 de febrero del 2018 a las 11:15

      No es compatible decir que la masa pueda provenir de los gluones, porque según los “clasicos modernos” el gluón no posee masa. En eso, estamos como para el caso del fotón que también se dice que no tiene masa.
      Peero sabemos que todo lo que existe: partículas, elementos… son en relidad ondas-partícula.
      Si partimos de que la masa y la energía solo son conceptos, variables según las trasformaciones, realmente son medidibles según unos parámetros.
      Distinguir entre masa cero y 7,37 x10^-51 nos indica que a los efectos prácticos, según como, esa masa es despreciable ybien despreciable. Si embargo no lo es tanto para la velocidades lumínicas o más que luminícas. Velocidades que imperan en las profundidades atómicas.
      Quarks y gluones han de formar un todo en interacción constante (Como una onda cerrada). ¿Dónde empieza el gluon y donde termina el quark? En los tres nodos de interacción.
      Si la masa del gluón es escasísima, la del denso quark no ha de serlo para conseguir entre  tres la masa total del protón o del neutrón.
      De todas formas se sabe poco de esas profundidades dimensionales, que sólo son explicables mediante teorías.
      La Cromodinámica en general es tan artíficiosa, que pese a obtener resultados, parece pensada para que todo encaje.
      Hay formas de explicar lo mismo de forma más simple.

      Saludos amigos.

      Responder
      • 3.2.1
        kike
        el 22 de febrero del 2018 a las 22:54

        Paisano Fandila;  veo lógica tu explicación pese a mi ignorancia.

         El problema  sería que la masa debe proceder de algo, y si los quarks no la tienen y los gluones tampoco, ¿Ande andará?.

        – De la sopa de quarks/gluones?
        – De Alguna otra partícula desconocida, que fuera similar al famoso bosón de Higgs, o que ese mismo bosón interactuara a esas escalas?
        – Que las medidas de masa sean erróneas?
        – Que la supuesta aparición y desaparición de partículas virtuales fuera bastante más significativa de lo que se piensa?
        –Que los quarks estuvieran formados por otras partículas aún más pequeñas?
        – Que los gluones, pese a su insignificancia fueran de tan ingente cantidad que llegaran a suponer una masa determinante?
        – O de que otra forma?

         Lo que bajo mi punto de vista parece cada vez más claro es que aparentamos encontrarnos en un universo de sólidos, líquidos y gases, cuando en realidad nos encontramos en un universo compuesto básicamente de grandes espacios “vacíos, en los que los cuerpos dotados de masa simplemente son como la piel o capa superficial de un organismo de composición diferente.

        Un abrazo.

         

        Responder
  4. 4
    Fandila Soria
    el 23 de febrero del 2018 a las 19:34

    Que tal kike:
    Yo estimo, como tantos otros, que todos los elementos poseen masa, incluyendo al fotón o partículas parecidas.
    Desde el primer momento de la ocilación, instante primero, el fotón ya se compone de campo eléctrico y magnético y salvo que dichos campos no se compongan de nada (¿?) han de constar de ciertos elementos, que por qué no, poseeran su masa como toda onda partícula (Y todos los elementos son onda partícula)
    No es posible asignar una masa al fotón en reposo, porque lo peculiar de la onda fotón es su movimiento. Sin emargo en una oscilación simple, lo menor en que se expresa, campo eléctrico y magnético han de poseer masa como todo campo que se compone de algo. Campo material no matemático.
    Esa masa que podamos o no llamar propia, se daría en cada ocilación. Por eso la masa cinética del protón es proporcional a su frecuencia o número de oscilaciones en un tiempo (La suma de todos los periodos unitarios)

    El concepto de masa no viene dado, aunque también, por la cantidad de materia sino por la interacción de la materia u objeto de que se trate con el vacío, es a lo que tambien se llama pricipio de inercia o de frenado.
    Fijate en una cosa: podemos comparar al fotón o partícula similar, con las olas en el agua. Las olas terminan desapareciendo en en la distancia en poco tiempo. El fotón sin embargo, perdura y perdura, si libre, en distancias de muchos millones de kilómetros.
    Qué diferencia hay. Ambos transportan energía, pero el fotón es autónomo, se vale de sí mismo , de sus campos,para no perecer.
    En fin, que si el fotón no posee masa propia, que alguien lo explique con claridad meridiana. Más cuando la masa es energía.

    Saludos amigos.

     En cuanto a la composición de los quak, no existe ningún elemento que sea el principio de todo. Todos se componen de otros, y aunque esté feo el decirlo, la fragmentación de la materia no tiene límite. Pero con eso no lleguemos a conclusiones erroneas, que cada espacio tiempo (El de las propias partículas) posee su propia idiosincracia, el resto del “infinito profundo” ha de aflorar, y aflora, a su tiempo. Qué decir si no da la expansión y su ganancia de espacio-tiempo.

    Responder

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