La teoría de cuerdas: la historia de la supersimetría

Como consecuencia del éxito del Modelo Estándar, la teoría de cuerdas no era necesaria para explicar la física de partículas. En cambio, casi por accidente, los teóricos de cuerdas empezaron a darse cuenta de que la teoría de cuerdas podría ser la misma teoría que resolvería el problema de la gravedad cuántica.

Para 1974, el Modelo Estándar se había convertido en la explicación teórica de la física de partículas y estaba siendo confirmado en el experimento tras experimento. Con una base estable, los físicos teóricos ahora buscaban nuevos mundos que conquistar, y muchos decidieron abordar el mismo problema que había vejado Albert Einstein de las últimas décadas de su vida: la gravedad cuántica.

El gravitón se encuentra escondido en la teoría de cuerdas

El gravitón es una partícula que, en virtud de las predicciones de la teoría del campo unificado, podría mediar en la fuerza de la gravedad. En un sentido muy real, el gravitón es la fuerza de la gravedad. Un hallazgo importante de la teoría de cuerdas es que no sólo incluye el gravitón, pero requiere su existencia como una de las partículas sin masa discutidos anteriormente en este capítulo.

En 1974, Joel Scherk y John Schwarz demostraron que una partícula de spin-2 sin masa en la teoría de supercuerdas en realidad podría ser el gravitón. Esta partícula fue representado por una cadena cerrada (que forma un bucle), en oposición a una cadena abierta, donde los extremos están sueltos. Ambos tipos de cadenas se demostraron en esta figura.

La teoría de cuerdas exige que deben existir estas cadenas cerradas, aunque pueden o no existir cuerdas al aire. Algunas versiones de la teoría de cuerdas son perfectamente matemáticamente consistente pero contienen solamente las cuerdas cerradas. Ninguna teoría contiene sólo cuerdas al aire, porque si usted tiene cuerdas al aire, se puede construir una situación en la que los extremos de las cuerdas se encuentran y, voilà # 224-, existe una cadena cerrada.

Desde un punto de vista teórico, esto fue sorprendente (en el buen sentido). En lugar de tratar de meter con calzador la gravedad en la teoría, el gravitón cayó como una consecuencia natural. Si la teoría de supercuerdas es la ley fundamental de la naturaleza, entonces se requiere la existencia de la gravedad de una manera que ninguna otra teoría propuesta que había hecho!

La otra teoría supersimétrica gravedad: Supergravity

Supergravedad es el nombre de teorías que intentan aplicar supersymmetry directamente a la teoría de la gravedad sin el uso de la teoría de cuerdas. A lo largo de la década de 1970, este trabajo procedió a un ritmo más rápido que la teoría de cuerdas, sobre todo porque era popular, mientras que el campo de la teoría de cuerdas se había convertido en una ciudad fantasma. Teorías de supergravedad prueban importante en el desarrollo posterior de la teoría-M.

En 1976, Daniel Freedman, Sergio Ferrara, y Peter van Nieuwenhuizen aplican supersimetría a la teoría de la gravedad de Einstein, lo que resulta en una teoría de la supergravedad. Lo hicieron mediante la introducción del supercompañero del gravitón, el gravitino, en la teoría de la relatividad general.

Sobre la base de este trabajo, Eugene Cremmer, Joel Scherk, y Bernard Julia fueron capaces de demostrar en 1978 que la supergravedad podría escribirse, en su forma más general, como una teoría de 11 dimensiones. Teorías de supergravedad con más de 11 dimensiones se vino abajo.

Supergravedad en última instancia, cayó presa de las inconsistencias matemáticas que plagaron las teorías de gravedad más cuántica (que funcionaba bien como una teoría clásica, siempre y cuando usted lo mantuvo lejos del reino cuántico), dejando espacio para la teoría de supercuerdas a subir de nuevo a mediados de la década de 1980, pero no desapareció por completo.

Los teóricos de cuerdas no reciben ningún respeto

Durante la década de 1970, los teóricos de cuerdas estaban encontrando dificultades para ser tomado en serio, y mucho menos encontrar asegurar el trabajo académico. Como avanzaba la década, dos de las principales fuerzas detrás de la teoría de cuerdas habría topado obstáculo tras obstáculo en obtener una cátedra seguro.

John Schwarz se le había negado la tenencia en Princeton en 1972 y pasó los siguientes 12 años en CalTech en una posición temporal, no está seguro de si la financiación de su trabajo sería renovado. Pierre Ramond, que había descubierto la supersimetría y ayudó a la teoría de cuerdas de rescate del olvido, se le negó la tenencia en Yale en 1976.

En un contexto de incertidumbre profesional, los pocos teóricos de cuerdas continuaron su trabajo a través de la década de 1970 y principios de 1980, lo que ayuda mucho con algunos de los obstáculos de dimensiones extra en supergravedad y otras teorías, hasta que llegó el día en que las cosas cambiaron y fueron capaces de reclamar las tierras altas de la física teórica.