Réquiem por una cuerda: trazando el ascenso y la caída de una teoría del todo

La teoría de cuerdas comenzó hace más de 50 años como una forma de entender la fuerza nuclear fuerte. Desde entonces, ha crecido hasta convertirse en una teoría del todo, capaz de explicar la naturaleza de cada partícula, cada fuerza, cada constante fundamental y la existencia del propio Universo. Pero a pesar de décadas de trabajo, no ha cumplido su promesa.

¿Qué salió mal y hacia dónde vamos desde aquí?

Temas iniciales

Como la mayoría de las revoluciones, la teoría de cuerdas tuvo orígenes humildes. Comenzó en la década de 1960 como un intento de comprender el funcionamiento de la fuerza nuclear fuerte, que se había descubierto recientemente. La teoría del campo cuántico, que se había utilizado con éxito para explicar el electromagnetismo y la fuerza nuclear débil, no era suficiente, por lo que los físicos estaban ansiosos por encontrar algo nuevo.

Un grupo de físicos tomó una técnica matemática desarrollada (y luego abandonada) por el padrino cuántico Werner Heisenberg y la amplió. En esa expansión, encontraron las primeras cuerdas: estructuras matemáticas que se repetían en el espacio-tiempo. Desafortunadamente, esta teoría de proto-cuerdas hizo predicciones incorrectas sobre la naturaleza de la fuerza fuerte y también tenía una variedad de artefactos problemáticos (como la existencia de taquiones, partículas que solo viajaban más rápido que la luz). Una vez que se desarrolló otra teoría para explicar la fuerza fuerte, la que usamos hoy, basada en quarks y gluones, la teoría de cuerdas desapareció de la escena.

Pero nuevamente, como la mayoría de las revoluciones, los susurros permanecieron a lo largo de los años, manteniendo vivas las esperanzas. En la década de 1970, los físicos descubrieron varias propiedades notables de la teoría de cuerdas. Uno, la teoría podría soportar más fuerzas además de la fuerza nuclear fuerte. Las cuerdas en la teoría de cuerdas tenían una tensión enorme, lo que las obligaba a enroscarse sobre sí mismas en el volumen más pequeño posible, algo así como la escala de Planck. Una vez colocadas, las cuerdas podían soportar varias vibraciones, como una cuerda de guitarra tensa. Las diferentes vibraciones dieron lugar a diferentes manifestaciones de fuerzas: una nota para nuclear fuerte, otra para electromagnetismo, etc.

Una de las posibles vibraciones de la cuerda actuó como una partícula de espín-2 sin masa. Esta es una partícula muy especial porque sería el portador de la fuerza cuántica de la fuerza gravitacional, el santo grial de una teoría cuantificada de la gravedad. Los teóricos de la época no podían creer lo que decían sus pizarrones: la teoría de cuerdas, naturalmente, incluía elegantemente la gravedad cuántica, ¡y ni siquiera lo estaban intentando!

El segundo gran problema que surgió en la década de 1970 fue la introducción de la supersimetría, que afirmaba que todas las partículas que transportan fuerzas (llamadas bosones, una categoría que incluye fotones y gluones) estaban vinculadas a un compañero supersimétrico de la colección de partículas que forman cosas (llamadas fermiones, como electrones y quarks), y viceversa.

Esta simetría no aparece en los escenarios cotidianos; solo se manifiesta a energías extremadamente altas. Entonces, si retrocedieras en el tiempo hasta los primeros momentos del Big Bang o tuvieras fondos suficientes para construir un colisionador de partículas a lo largo de la órbita de Júpiter, no solo verías el zoológico normal de partículas con el que estamos familiarizados; también verías a todos sus socios supersimétricos. Estos recibieron nombres apropiadamente estúpidos, como selectrones, sneutrinos, squarks, photinos y mi (menos) favorito personal, el bosón wino.

Al hacer esta conexión, la teoría de cuerdas podría construir un puente entre los bosones y los fermiones, lo que le permitiría pasar de una simple teoría de fuerzas a una teoría de cada una de las partículas existentes. La introducción de la supersimetría también resolvió el desagradable problema de los taquiones al reemplazar esas partículas problemáticas con compañeros supersimétricos, lo cual fue un bonito florecimiento.

A fines de la década de 1970, la teoría de cuerdas podría explicar potencialmente todas las partículas y todas las interacciones entre ellas y brindar una solución cuántica a la gravedad.

Una teoría para gobernarlos a todos, una teoría para encontrarlos, una teoría para reunirlos a todos y unirlos en la fibrosidad.