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Un equipo de físicos ha dado un importante paso adelante en la validación de la teoría de cuerdas mediante el uso de un método matemático innovador que apunta a su “inevitabilidad”.
La teoría de cuerdas, conceptualizada hace más de 50 años como un marco para explicar la formación de la materia, sigue siendo difícil de alcanzar como fenómeno “demostrable”.
Esta teoría postula que los componentes más básicos de la naturaleza no son partículas, sino más bien cuerdas vibrantes unidimensionales que se mueven a diferentes frecuencias para determinar el tipo de partícula que emerge, de manera similar a cómo las vibraciones de los instrumentos de cuerda producen una variedad de notas musicales.
En su trabajo, publicado en la revista Physical Review Letters, investigadores de la Universidad de Nueva York y Caltech formularon la siguiente pregunta: “¿Cuál es la pregunta matemática para la cual la teoría de cuerdas es la única respuesta?” Este enfoque para comprender la física se conoce como “bootstrap”, que recuerda el dicho de “levantarse por sus propios medios”: producir resultados sin asistencia adicional o, en este caso, aportaciones.
El bootstrap ha permitido anteriormente a los físicos comprender por qué la relatividad general y diversas teorías de partículas (como las interacciones de los gluones dentro de los protones) son matemáticamente inevitables: son las únicas estructuras matemáticas consistentes, bajo ciertos criterios.
Sin embargo, la misma pregunta no había sido respondida anteriormente para la teoría de cuerdas: ¿Qué criterios la determinan de manera única al seleccionarla matemáticamente del conjunto de todas las teorías posibles?
En el artículo, los científicos descubrieron una manera de iniciar estas amplitudes de cuerdas, específicamente, construyéndolas mediante la creación de fórmulas matemáticas. Al implementar condiciones matemáticas especiales en sus fórmulas para las amplitudes de dispersión (que describen cómo interactúan las partículas y finalmente se forman), el grupo descubrió que las amplitudes de la teoría de cuerdas emergieron como la única respuesta consistente.
“Este artículo proporciona una respuesta a esta pregunta de la teoría de cuerdas por primera vez”, dice en un comunicado Grant Remmen, becario postdoctoral James Arthur en el Centro de Cosmología y Física de Partículas de la Universidad de Nueva York y uno de los autores del artículo.
“Ahora que se conocen estas condiciones matemáticas, estamos un paso más cerca de comprender si la teoría de cuerdas debe describir nuestro universo y por qué”.
Los autores del artículo, entre los que también se encuentran Clifford Cheung, profesor de física teórica en Caltech, y Aaron Hillman, investigador postdoctoral de Caltech, añaden que este avance puede ser útil para comprender mejor la gravedad cuántica: busca conciliar la teoría de la relatividad de Einstein, que Explica la gravedad a gran escala, con la mecánica cuántica, que describe la actividad de las partículas en las escalas más pequeñas.
“Este enfoque abre una nueva área de estudio en el análisis de la singularidad de las amplitudes de las cuerdas”, explica Remmen. “El desarrollo de herramientas descritas en nuestra investigación se puede utilizar para investigar las deformaciones de la teoría de cuerdas, lo que nos permitirá mapear un espacio de posibilidades para la gravedad cuántica".