Partículas elementales y cuerdas.
¿De qué está hecho el Universo? Los antiguos griegos pensaban que todo era una combinación de cuatro elementos. Hoy los químicos nos dicen que los elementos son algo más de cien, aunque todos ellos están hechos de protones, neutrones y electrones, que sólo son tres. Sin embargo, las teorías más avanzadas sugieren que hasta los protones y los electrones podrían ser animales de una misma especie, como distintas notas musicales de una única cuerda.
El átomo de hidrógeno es el más sencillo de todos, pues está compuesto de un protón y un electrón. Su tamaño es mucho menor que el de cualquier objeto con el que tratemos en el día a día. De hecho, sabemos que mide alrededor de 10-10 metros, por lo que en el espacio de una micra cabrían unos cien mil de éstos puestos en fila. El protón, que está en el centro del átomo, es unas 145.000 veces más pequeño que este. Usando técnicas muy avanzadas y aceleradores de partículas, se ha observado que su tamaño es de 1.75x10-15 metros. El hecho de disponer de estos datos tan precisos es una evidencia clara de la gran calidad de los físicos experimentales.
Pero el reto no está en medir objetos cada vez más pequeños, si no en conocer sus propiedades y comportamiento. Con el desarrollo de nuevas técnicas y aceleradores de partículas más poderosos, hoy día sabemos que los protones no son simples bolitas duras muy pequeñas. Como los átomos, pero a una escala cientos de miles de veces más pequeña, los protones resultan ser agregados de partículas llamadas quarks. Los experimentos han confirmado que hay seis tipos (o sabores) de quarks y que se pueden clasificar por su carga eléctrica, su masa, y por otras propiedades como el espín y el "color". Cada quark, a su vez, posee una antiparticula asociada (antiquark) que tiene las propiedades opuestas, por lo que cuando un quark se encuentra con su antiquark el resultado puede ser la destrucción de ambos en forma de radiación.
La variedad de partículas que encontramos en los grandes aceleradores se puede explicar mediante distintas combinaciones de sabores y colores de quarks y de los antisabores y anticolores de los antiquarks. Eso sí, aunque los quarks tienen colores las partículas que nuestros detectores perciben resultan ser siempre combinaciones sin color. ¿Será ésto una indicación de que a la Natura no le gustan las modas? Evidentemente, el sabor y color de un quark en particular no tiene nada que ver con los significados habituales de esas palabras, pero es mejor clasificarlos así que no usando nombres interminables de origen latín o griego.
¿Son los quarks objetos compuestos como los átomos o los protones y neutrones? Aunque ningún experimento sugiere que los quarks sean objetos compuestos o que se trate de partículas con cierta extension, las teorías más avanzadas apuestan porque sí lo sean. Pero no sólo los quarks, los electrones y todas las demás partículas que conocemos podrían ser diferentes manifestaciones de diminutas cuerdas en vibración cuyo tamaño podría rondar los 10-33 cm!!! Cada modo de vibración de estas cuerdas daría lugar a una partícula distinta. La variedad de partículas que observamos podría verse como el resultado de tocar distintas notas en una misma cuerda de guitarra.
La teoría de cuerdas surge como resultado de años de trabajo para combinar de manera consistente el modelo estándar de las partículas elementales con la teoría de la gravitación de Einstein. Si en lugar de considerar objetos puntuales para representar las partículas, se piensa en diminutas cuerdas que se propagan por el espacio-tiempo, el resultado es una teoría que evita muchos problemas (de difícil explicación en un blog no técnico!). Al mismo tiempo, la consistencia matemática de esta teoría exige que las cuerdas vivan en un espacio de 11 dimensiones. Esto choca frontalmente con nuestra experiencia diaria en un mundo de 4 dimensiones (3 espaciales y 1 temporal), y supone retos extraordinarios para los físicos teóricos y matemáticos que trabajan en estos temas, pues deben averiguar la manera de "esconder" esas 7 dimensiones espaciales extra que no percibimos y, al mismo tiempo, recuperar la teoría estándar de partículas elementales en 4 dimensiones en el límite en que la cuerda se percibe como un objeto puntual.
La teoría de cuerdas, por tanto, aspira a convertirse en la gran teoría que explique la existencia de las distintas familias de partículas elementales y unifique la gravitación con el resto de interacciones conocidas. Una teoría así permitiría conocer los secretos más íntimos del universo a las escalas más pequeñas y en los instantes más remotos. Su contribución a la comprensión del origen del universo y a los misterios planteados por los agujeros negros será de un valor incalculable, aunque antes hay que completarla. De ello se encargan cerca de un millar de investigadores de todo el mundo, donde se incluyen algunas decenas que trabajan en universidades y centros de investigación españoles. De hecho, entre el 15 y el 17 de Febrero en Valencia tendrá lugar la conferencia Iberian Strings 2011 para discutir recientes avances dentro de este campo. El evento lo organizan miembros de la Universidad de Valencia y del Instituto de Física Corpuscular (CSIC) y cuenta con el apoyo de estas instituciones, de la Red Temática de Relatividad y Gravitación, y del Centro Nacional de Física de Partículas, Astropartículas y Nuclear (CPAN).
Publicado el 11 de febrero de 2011 a las 10:00.
