La teoría de cuerdas “vibra” entre la precisión matemática y la incertidumbre experimental

¿Vibro, luego existo? Esto es lo que propone un grupo de físicos para intentar explicar el origen y la esencia del universo. Todo se resume en vibraciones. Al tocar un violín, factores como la posición del dedo y la tensión de la cuerda determinan el sonido que se produce. Vibraciones rápidas generan frecuencias altas (notas agudas), mientras que vibraciones lentas generan frecuencias bajas (notas graves). Así como las cuerdas del violín crean notas diferentes según su vibración, la teoría de cuerdas sugiere que las partículas elementales del cosmos son vibraciones de cuerdas, y que dependiendo de cómo vibren las cuerdas, se formarán electrones, fotones o cualquier otro tipo de partícula.

“Las cuerdas proporcionan un formalismo unificado para describir todas las interacciones fundamentales, incluyendo la gravedad a nivel cuántico”, explicó la doctora Anamaría Font, profesora de la Escuela de Física de la Facultad de Ciencias de la Universidad Central de Venezuela (UCV), durante el seminario “De partículas a cuerdas” organizado por la Academia de Ciencias Físicas, Matemáticas y Naturales de Venezuela (ACFIMAN).

Cuestión de fuerzas

Dra. Anamaría Font

Ciertamente, la gravedad es un elemento a favor de la teoría de cuerdas. En el mundo macroscópico (donde domina lo grande, como los planetas y estrellas), la gravedad es la protagonista absoluta y se explica mediante la teoría general de la relatividad de Einstein, que la define no como una fuerza convencional, sino como un efecto geométrico: la gravedad es la curvatura del espacio-tiempo causada por la masa y la energía, similar a una malla elástica que se deforma. Por el contrario, en el mundo cuántico (el de lo infinitamente pequeño, como los átomos), la gravedad es tan débil que suele omitirse en los cálculos, centrando la atención en las otras fuerzas fundamentales, es decir, las nucleares y el electromagnetismo.

Para el modelo estándar ⏤posiblemente la teoría más exitosa que detalla con exactitud los componentes de la materia y las fuerzas que mantienen unido al universo⏤, la gravedad no existe. Las partículas, agrupadas en tres generaciones o familias diferenciadas por su masa (en la Tierra solo se ha detectado la primera familia, las otras dos se han observado en los rayos cósmicos o se han producido en los aceleradores de partículas), interactúan únicamente a través de las fuerzas nucleares y del electromagnetismo, sin gravedad de por medio. Cuando el modelo estándar intenta añadir el gravitón (la partícula elemental hipotética que mide la fuerza gravitacional) a sus ecuaciones, las matemáticas dejan de funcionar y los resultados son inconsistentes. “En la teoría de cuerdas, siempre hay un modo de vibración con las propiedades correctas del gravitón”, señaló la ganadora por América Latina y el Caribe del Premio Internacional L’Oréal-Unesco “La Mujer y la Ciencia” 2023.

Dimensiones desconocidas

Lámina presentada durante el seminario

Como el modelo estándar excluye la gravedad, se considera incompleto. La gran fortaleza de la teoría de cuerdas es la solidez de sus matemáticas, capaz de unificar la relatividad general de Einstein (gravedad) con la mecánica cuántica en un marco teórico coherente. Sin embargo, la teoría de cuerdas presenta varios escollos; el más importante es la ausencia de comprobación experimental.

Para que las matemáticas de la teoría de cuerdas funcionen, el universo debe tener más de las tres dimensiones espaciales conocidas (longitud, anchura y altura) y la dimensión temporal (el tiempo). Estas dimensiones extra estarían “enrolladas” sobre sí mismas a una escala tan reducida que resultan imperceptibles.

“La formulación de la teoría de cuerdas es sencilla ⏤las partículas son vibraciones de cuerdas que interactúan cuando las cuerdas se unen o separan⏤, pero requiere dimensiones extra”, aseguró la doctora Font, Premio Fundación Empresas Polar “Lorenzo Mendoza Fleury” 1991. “¿Por qué no se han observado esas dimensiones extra? Una posible explicación sería que tales dimensiones son compactas y muy pequeñas”, indicó la egresada del Doctorado en Física de la Universidad de Texas en Austin (EE. UU.).

¿Teoría en declive?

En el seminario de la ACFIMAN, la física de la Universidad Simón Bolívar (USB) acotó que hasta el momento se han postulado cinco versiones diferentes de la teoría de cuerdas en diez dimensiones del espacio-tiempo y una versión adicional en once dimensiones. Asimismo, destaca la Teoría M, propuesta en 1995 y según la cual todas las versiones de la teoría de cuerdas no son rivales, sino manifestaciones de la misma teoría, llamada “teoría del todo”.

Lámina presentada durante el seminario

Para el doctor Ismardo Bonalde, Individuo de Número (Sillón XXX) de la ACFIMAN e investigador titular del Centro de Física del Instituto Venezolano de Investigaciones Científicas (IVIC), la teoría de cuerdas ha perdido fuerza debido a la carencia de predicciones medibles con la tecnología actual (como la energía necesaria para observar las cuerdas). La doctora Font reconoció la pérdida de interés en la teoría de cuerdas por parte de la comunidad científica “porque no ha producido los resultados que se esperaban. Quedan muchos problemas teóricos difíciles, pero eso no quiere decir que no se esté trabajando en ello. Profundizar el conocimiento podría permitir hacer predicciones precisas, así como descubrir nuevas propiedades físicas y matemáticas”.