Unificación y Teoría de cuerdas

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Unificación y Teoría de cuerdas
Unificación y Teoría de cuerdas
fernando marchesano
Instituto de
Física
Teór i ca
UAM-CSIC
Qué queremos decir con Unificación?
En Física Fundamental, llamamos
unificación a darnos cuenta que dos
o más fenómenos muy distintos
están descritos por la misma teoría
o conjunto de leyes.
Probablemente, el concepto de
unificación sea uno de los más
preciados en Física Fundamental, y
el sueño de muchos físicos teóricos
Para entender esto, revisemos
algunos ejemplos de unificación que
se han dado en física últimamente
Maxwell y el electromagnetismo
En 1865 se unifican los fenómenos asociados a
Luz
Electricidad
Magnetismo
"0
En una misma teoría, descrita en un sencillo
conjunto de ecuaciones
µ0
J. C. Maxwell
Se entiende la luz como radiación electromagnética, y que
los parámetros que definen cada fenómeno por separado
están relacionados
1
c= p
"0 µ 0
Einstein y la relatividad
En 1905, Einstein formula la teoría de la
Relatividad Especial para unificar Electromagnetismo
Mecánica Newtoniana
En este nuevo paradigma, espacio y tiempo
están relacionados. Recuperamos a Newton
a velocidades cotidianas.
Muchos efectos nuevos y sorprendentes
d
a
d
i
a
c
d
o
l
a
t
e
v
ue
a
q
a
m
i
p
x
m
á
e
gí a
c=m
r
e
en
=
a
mas
etc…
Einstein y la relatividad
En 1905, Einstein formula la teoría de la
Relatividad Especial para unificar Electromagnetismo
Mecánica Newtoniana
En este nuevo paradigma, espacio y tiempo
están relacionados. Recuperamos a Newton
a velocidades cotidianas.
Muchos efectos nuevos y sorprendentes
d
a
d
i
a
c
d
o
l
a
t
e
v
ue
a
q
a
m
i
p
x
m
á
e
gí a
c=m
r
e
en
=
a
mas
etc…
Einstein y la gravitación
En 1915, Einstein generaliza su teoría y unifica Relatividad Especial
Gravitación Newtoniana
haciendo del espacio-tiempo un objeto dinámico
que se curva, encoge, expande…
Einstein y la gravitación
En 1915, Einstein generaliza su teoría y unifica Relatividad Especial
Gravitación Newtoniana
haciendo del espacio-tiempo un objeto dinámico
que se curva, encoge, expande…
La teoría no sólo explica por qué los objetos con
masa se atraen entre sí con una sola ecuación.
También da lugar a nuevos efectos de importancia
cotidiana
Estos tres ejemplos son clásicos,
pero hay muchos mas...
Unificación en física moderna
electromagnetismo
termodinámica
invariancia
galileana
gravitación
newtoniana
relatividad
general
relatividad
especial
mecánica
cuántica
teoría
cuántica de
campos
electromagnetismo
termodinámica
invariancia
galileana
gravitación
newtoniana
relatividad
general
relatividad
especial
mecánica
cuántica
teoría
cuántica de
campos
electromagnetismo
termodinámica
invariancia
galileana
gravitación
newtoniana
relatividad
general
relatividad
especial
mecánica
cuántica
teoría
cuántica de
campos
electromagnetismo
termodinámica
invariancia
galileana
gravitación
newtoniana
relatividad
general
relatividad
especial
mecánica
cuántica
teoría
cuántica de
campos
electromagnetismo
termodinámica
invariancia
galileana
gravitación
newtoniana
relatividad
general
relatividad
especial
mecánica
cuántica
teoría
cuántica de
campos
electromagnetismo
termodinámica
invariancia
galileana
gravitación
newtoniana
relatividad
general
relatividad
especial
mecánica
cuántica
teoría
cuántica de
campos
electromagnetismo
termodinámica
invariancia
galileana
gravitación
newtoniana
relatividad
general
relatividad
especial
mecánica
cuántica
teoría
cuántica de
campos
Mecánica Cuántica (1913-1928)
La mecánica cuántica postula que la energía esta cuantizada
las partículas se comportan como ondas
y viceversa
!
ver charla de B. Paredes
Mecánica Cuántica (1913-1928)
La mecánica cuántica postula que la energía esta cuantizada
las partículas se comportan como ondas
y viceversa
!
Clásicamente:
ver charla de B. Paredes
Mecánica Cuántica (1913-1928)
La mecánica cuántica postula que la energía esta cuantizada
las partículas se comportan como ondas
y viceversa
!
Clásicamente:
ver charla de B. Paredes
Mecánica Cuántica (1913-1928)
La mecánica cuántica postula que la energía esta cuantizada
las partículas se comportan como ondas
y viceversa
!
Clásicamente:
ver charla de B. Paredes
Mecánica Cuántica (1913-1928)
La mecánica cuántica postula que la energía esta cuantizada
las partículas se comportan como ondas
y viceversa
!
Cuánticamente:
ver charla de B. Paredes
Mecánica Cuántica (1913-1928)
La mecánica cuántica postula que la energía esta cuantizada
las partículas se comportan como ondas
y viceversa
!
Cuánticamente:
ver charla de B. Paredes
Mecánica Cuántica (1913-1928)
La mecánica cuántica postula que la energía esta cuantizada
las partículas se comportan como ondas
y viceversa
La longitud de onda de una partícula
disminuye a mayor masa. Solemos ver los
efectos cuánticos únicamente a distancias
muy pequeñas. Aun así es fundamental para la ciencia de
hoy en día
ver charla de B. Paredes
Mecánica Cuántica (1913-1928)
ver charla de B. Paredes
La mecánica cuántica permitió entender la estructura de los
elementos químicos en función de tres partículas
La Teoría Cuántica de Campos (1928-1950)
Al estudiar distancias muy pequeñas
velocidades muy grandes
Es necesario sustituir la MC y RE por
la teoría cuántica de campos
Dirac
Anderson
Pauli
Feynman
La Teoría Cuántica de Campos (1928-1950)
Al estudiar distancias muy pequeñas
velocidades muy grandes
Es necesario sustituir la MC y RE por
la teoría cuántica de campos
Dirac
Anderson
Pauli
Feynman
De nuevo las consecuencias son
bastante dramáticas y novedosas: el número de partículas no se
conserva cuando chocan
existe una partícula de igual masa
y carga opuesta por cada partícula
Antipartículas!!
La Teoría Cuántica de Campos (1928-1950)
La teoría cuántica de campos describe la física que ocurre en
los aceleradores de partículas
La Teoría Cuántica de Campos (1928-1950)
La teoría cuántica de campos describe la física que ocurre en
los aceleradores de partículas
… es el paradigma que engloba tres de las cuatro interacciones
fundamentales de la naturaleza … La Teoría Cuántica de Campos (1928-1950)
La teoría cuántica de campos describe la física que ocurre en
los aceleradores de partículas
… es el paradigma que engloba tres de las cuatro interacciones
fundamentales de la naturaleza …
… y nos ha permitido entender los constituyentes elementales
de nuestro universo (hasta ahora)
1963
El Modelo Estándar de Partículas (1950-1975)
El Modelo Estándar de Partículas (1950-1975)
El Modelo Estándar describe toda la materia conocida y los
experimentos realizados con ella hasta la fecha
Un paso crucial fue darse cuenta que dos de las interacciones
fundamentales (electromagnética y nuclear débil) eran la misma
→ Interacción electrodébil
l
e
n
o
c
o
d
a
n
o
i
c
a
l
e
R
!
!
s
g
g
i
H
e
d
o
m
s
i
n
meca
Weinberg
Glashow
Salam
ver charla de J. Moreno
El Modelo Estándar de Partículas (1950-1975)
El Modelo Estándar describe toda la materia conocida y los
experimentos realizados con ella hasta la fecha. Contiene
partículas de materia
partículas de interacción
el bosón de Higgs
El Modelo Estándar de Partículas (1950-1975)
El Modelo Estándar describe toda la materia conocida y los
experimentos realizados con ella hasta la fecha. Contiene
partículas de materia
partículas de interacción
M
a
i
r
e
at
el bosón de Higgs
l
a
u
us
electromagnetismo
termodinámica
invariancia
galileana
gravitación
newtoniana
relatividad
general
relatividad
especial
mecánica
cuántica
teoría
cuántica de
campos
Modelo Estándar
EM
Débil
Fuerte
} Electrodébil
Recapitulando…
El concepto de unificación es clave para entender la física
fundamental. Ha ocurrido una otra vez en las últimas décadas.
Es importante diferenciar entre cambio de paradigma y
unificación de interacciones. Cuando decimos que
electricidad + magnetismo → electromagnetismo
electromagnetismo + fuerza débil → fuerza electrodébil
unificamos interacciones y escribimos ecuaciones más sencillas
pero sin cambiar de paradigma, lo cual sería más drástico.
Aun así, la unificación de interacciones nos permite entender y
dominar mejor nuestro mundo, como muestran los ejemplos que
hemos visto.
Recapitulando…
El concepto de unificación es clave para entender la física
fundamental. Ha ocurrido una otra vez en las últimas décadas.
El cambio de paradigma implica una nueva manera de pensar.
Esto ocurre cuando exploramos nuevos territorios como velocidades más altas
distancias más pequeñas
masas más grandes
Recapitulando…
El concepto de unificación es clave para entender la física
fundamental. Ha ocurrido una otra vez en las últimas décadas.
El cambio de paradigma implica una nueva manera de pensar.
Esto ocurre cuando exploramos nuevos territorios como velocidades más altas
distancias más pequeñas
masas más grandes
Por otro lado, esto no quiere decir
que las teorías anteriores dejen de
ser útiles. La física newtoniana
sigue explicando gran parte de los
hechos de la vida cotidiana.
Recapitulando…
El concepto de unificación es clave para entender la física
fundamental. Ha ocurrido una otra vez en las últimas décadas.
El cambio de paradigma implica una nueva manera de pensar.
Esto ocurre cuando exploramos nuevos territorios como velocidades más altas
distancias más pequeñas
masas más grandes
Por otro lado, esto no quiere decir
que las teorías anteriores dejen de
ser útiles. La física newtoniana
sigue explicando gran parte de los
hechos de la vida cotidiana.
Y qué viene
ahora???
El futuro de la unificacion
Más unificación de fuerzas
Un resultado de la teoría
cuántica de campos es que la
intensidad de una fuerza (ε, μ, g)
varía con la distancia o energía
Como el universo se ha ido
expandiendo y enfriando con
el tiempo, estas intensidades
han ido cambiando
Lo que predice el Modelo
Estándar es que los valores de
estas intensidades se unifican
a una temperatura muy alta
Teorías de Gran Unificación
La posible unificación de intensidades de Fuerza electrodébil
Fuerza fuerte
ver charla de C. Pena
Dió lugar a proponer que a energías muy altas estas dos
fuerzas también se unifican siguiendo un mecanismo de Higgs
Teoría de Gran Unificación
Georgi
Glashow
1974
Teorías de Gran Unificación
Como en casos anteriores, la unificación tiene consecuencias. El protón no sería estable, aunque de vida muy larga
Cuarenta años más tarde no sabemos aún si esta propuesta
es cierta o no…
Teorías de Gran Unificación
Como en casos anteriores, la unificación tiene consecuencias. El protón no sería estable, aunque de vida muy larga
Cuarenta años más tarde no sabemos aún si esta propuesta
es cierta o no…
Teorías de Gran Unificación… y más
Como en casos anteriores, la unificación tiene consecuencias.
Nuevas ideas como la Supersimetría mejoran los aspectos de
la unificación y alargan la vida del protón
La supersimetría predice nuevas partículas que son candidatos
a la llamada materia oscura ver charla de C. Muñoz
Tampoco se han detectado hasta la fecha…
Y la Gravedad?
Las TGU unifican las fuerzas del Modelo
Estándar pero dejan de lado a la Gravedad
El problema es que la gravedad se rige por
un paradigma distinto, que no sabemos
hacer compatible con la mecánica cuántica
?
Y la Gravedad?
Las TGU unifican las fuerzas del Modelo
Estándar pero dejan de lado a la Gravedad
El problema es que la gravedad se rige por
un paradigma distinto, que no sabemos
hacer compatible con la mecánica cuántica
¿Cual es el verdadero problema?
No hay experimento en el que la Mecánica
Cuántica y la Relatividad General sean
igualmente importantes Situaciones donde lo son: Agujeros negros
ver charla de C. Gómez
Origen del Universo ver charla de J. García-Bellido
?
electromagnetismo
termodinámica
invariancia
galileana
gravitación
newtoniana
relatividad
general
relatividad
especial
mecánica
cuántica
teoría
cuántica de
campos
La teoría de
cuerdas
Qué es la Teoría de Cuerdas?
Postulado Básico
Lo que entendemos por partículas elementales
(quarks, electrones, neutrinos, fotones, bosón de Higgs…)
no son cosas puntuales sino que son cuerdas vibrando
zoom
or
Esto ya nos ha pasado antes…
Esto ya nos ha pasado antes…
Y si luego viniesen las cuerdas?
Y si luego viniesen las cuerdas?
Qué es la Teoría de Cuerdas?
Postulado Básico
Lo que entendemos por partículas elementales
(quarks, electrones, neutrinos, fotones, bosón de Higgs…)
no son cosas puntuales sino que son cuerdas vibrando
depende de cómo vibre la cuerda nos parece ver
una partícula u otra…
necesitaría una enorme energía. Las partículas
observadas corresponderían a los modos de
3. LAS VIBRACIONES MENOS
vibración más ligeros de la cuerda, que son los
ENERGETICAS de las cuerdas
observados experimentalmente. En este esqueabiertas dan lugar a la materia
ma hay potencialmente una total unificación:
habitual: quarks, leptones y
todas las partículas son diferentes “notas” de
bosones intermediarios. Las
un solo
“instrumento”,
la cuerda.
vibraciones
las cuerdas
Todo
estádehecho
del mismo
material:
la cuerda
Una de las propiedades más interesantes de
cerradas sobre sí mismas dan
la abiertas
teoría de cuerdas
es que predice la existencia
Hay
dos
tiposes de
cuerdas:
y cerradas
lugar al
gravitón,
decir,
a la
interacción gravitacional.
de una partícula, de un bosón intermediario
Consecuencias
Cuerdas abiertas
Quarks leptones
Quarks,
leptones,
gluones, W, Z, fotón
62
Cuerdas cerradas
experim
otra par
habitual
dada po
positivo.
adiciona
drían un
tanto, n
acelerado
En el
mos seis
es bastan
En gene
rezca a b
observad
deben d
propieda
no descr
Escalas
Gravitón
Es conve
gía que
Consecuencias
Las frecuencias de vibración más altas cuestan más
energía y corresponden a partículas más masivas
Las partículas del Modelo Estándar deben corresponder
a vibraciones muy ligeras
quarks, leptones etc.
Excitaciones
muy masivas
Consecuencias
Las frecuencias de vibración más altas cuestan más
energía y corresponden a partículas más masivas
Las partículas del Modelo Estándar deben corresponder
a vibraciones muy ligeras (sin masa)
Cuerda Cerrada
Cuerda Abierta
Gravitón
Bosón Gauge
Las cuerdas y nuestro universo
Desde este punto de vista está claro por qué la gravedad
es tan distinta del resto de las interacciones
Consecuencias
Las interacción de las cuerdas es sencilla
What is String Theory?
Consecuencias
Las interacción de las cuerdas es sencilla
Sólo hay un tipo
Cuerdas abiertas producen cuerdas cerradas
Consecuencias
Las interacción de las cuerdas es sencilla
La búsqueda de los constituyentes últimos de la materia
24
Sólo hay un tipo
Cuerdas abiertas
producen
Estructura
extensa de cuerdas
las partı́culas cerradas
Corresponden a diagramas de partículas
quark
quark
quark
quark
Consecuencias
Las interacción de las cuerdas es sencilla
Sólo hay un tipo
Cuerdas abiertas producen cuerdas cerradas
Corresponden a diagramas de partículas
Estos diagramas no contienen infinitos que es
el problema a la hora de unificar la teoría cuántica
de campos y la relatividad general
Pero hay una condición para que
esto ocurra:
Las cuerdas viven en
25+1 dimensiones!!
Dimensiones extra
Nosotros vemos 3+1 dimensiones Cómo podría una teoría con 25+1 dimensiones
describir la naturaleza?
Dimensiones extra
Theodor Kaluza (1919)!
Oscar Klein (1926)
Nosotros vemos 3+1 dimensiones Cómo podría una teoría con 25+1 dimensiones
describir la naturaleza?
Garden hose
Las cuerdas también dan problemas!!
Al analizar esta teoría de cuerdas
se descubrió que tenía elementos
mucho más problemáticos que las
dimensiones extra:
Las cuerdas también dan problemas!!
Al analizar esta teoría de cuerdas
se descubrió que tenía elementos
mucho más problemáticos que las
dimensiones extra:
No contienen fermiones,
sólo bosones
Las cuerdas también dan problemas!!
Al analizar esta teoría de cuerdas
se descubrió que tenía elementos
mucho más problemáticos que las
dimensiones extra:
No contienen fermiones,
sólo bosones
Las cuerdas también dan problemas!!
Al analizar esta teoría de cuerdas
se descubrió que tenía elementos
mucho más problemáticos que las
dimensiones extra:
No contienen fermiones,
sólo bosones
Contiene un taquión!
Las cuerdas también dan problemas!!
Al analizar esta teoría de cuerdas
se descubrió que tenía elementos
mucho más problemáticos que las
dimensiones extra:
No contienen fermiones,
sólo bosones
b
a
t
es
!
d
a
ilid
Contiene un taquión!
In
Llegan las supercuerdas al rescate!!
Es posible formular otro tipo de
teoría de cuerdas más abstracta,
que también contiene oscilaciones
fermiónicas las super-cuerdas
Llegan las supercuerdas al rescate!!
Es posible formular otro tipo de
teoría de cuerdas más abstracta,
que también contiene oscilaciones
fermiónicas las super-cuerdas
(1970-1971)
Ramond
Neveu
Schwarz
Llegan las supercuerdas al rescate!!
Es posible formular otro tipo de
teoría de cuerdas más abstracta,
que también contiene oscilaciones
fermiónicas las super-cuerdas
(1970-1971)→(1976)
Desaparece el taquión
Aparecen fermiones
Llegan las supercuerdas al rescate!!
Es posible formular otro tipo de
teoría de cuerdas más abstracta,
que también contiene oscilaciones
fermiónicas las super-cuerdas
(1970-1971)→(1976)→(1981)
Desaparece el taquión
Aparecen fermiones
Espectro supersimétrico
Llegan las supercuerdas al rescate!!
Es posible formular otro tipo de
teoría de cuerdas más abstracta,
que también contiene oscilaciones
fermiónicas las super-cuerdas
(1970-1971)→(1976)→(1981)
Desaparece el taquión
Aparecen fermiones
Espectro supersimétrico
Cinco teorías posibles
Las super-cuerdas viven en
9+1 dimensiones
Llegan las supercuerdas al rescate!!
Es posible formular otro tipo de
teoría de cuerdas más abstracta,
que también contiene oscilaciones
fermiónicas las super-cuerdas
(1970-1971)→(1976)→(1981)
Desaparece el taquión
Aparecen fermiones
Espectro supersimétrico
Cinco teorías posibles
Las super-cuerdas viven en
9+1 dimensiones
o….
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e
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6
1
o
d
a
it
Nos hemos qu
Resumen
Cinco ideas clave de la teoría de cuerdas
Nuestro universo está hecho de cuerdas
Teoría de cuerdas reconcilia la Mecánica Cuántica
y la Relatividad General
Permite unificar
las fuerzas
fundamentales
Whattodas
is String
Theory?
del universo en sólo una
Resumen
Cinco ideas clave de la teoría de cuerdas
Nuestro universo está hecho de cuerdas
Teoría de cuerdas reconcilia la Mecánica Cuántica
y la Relatividad General
Permite unificar todas las fuerzas fundamentales
del universo en sólo una
Está basada en la supersimetría
Predice la existencia de seis dimensiones extra
electromagnetismo
termodinámica
invariancia
galileana
gravitación
newtoniana
relatividad
especial
mecánica
cuántica
teoría
cuántica de
campos
relatividad
general
teoría de cuerdas
La primera revolución
Varios resultados convencieron a mucha gente
de que la teoría de cuerdas era muy importante
de estudiar, puesto que unificaba
Mecánica cuántica
Gravedad
Interacciones gauge
por primera vez en la historia de la física teórica!!
Teoría de cuerdas pasó a
considerarse como la
“Teoría del todo”
La primera revolución
Varios resultados convencieron a mucha gente
de que la teoría de cuerdas era muy importante
de estudiar, puesto que unificaba
Mecánica cuántica
Gravedad
Interacciones gauge
por primera vez en la historia de la física teórica!!
Teoría de cuerdas pasó a
considerarse como la
“Teoría del todo”
con
Y qué hacemos
es???
las 10 dimension
Kaluza-Klein
De nuevo usamos la idea de K&K En cada punto del espacio que
observamos hay en realidad seis
dimensiones extra diminutas,
acurrucadas en una variedad
compacta
Al ser tan pequeñas, sólo podemos
observar estas dimensiones haciendo
experimentos a energías muy altas
No cualquier forma vale: tiene que
resolver las ecuaciones adecuadas ¿Cómo son las dimensiones extra?
Hay muchas soluciones posibles
Para cada una tendremos una teoría
distinta en 4 dimensiones
distinto contenido de partículas
distintos parámetros
!
¿Cómo son las dimensiones extra?
Hay muchas soluciones posibles
Para cada una tendremos una teoría
distinta en 4 dimensiones
distinto contenido de partículas
distintos parámetros
El reto es encontrar las dimensiones
extra que den el Modelo Estándar
¿Cómo son las dimensiones extra?
Hay muchas soluciones posibles
Para cada una tendremos una teoría
distinta en 4 dimensiones
distinto contenido de partículas
distintos parámetros
El reto es encontrar las dimensiones
extra que den el Modelo Estándar
rda
Y cual supercue
es la mejor???
La segunda revolución
de las cuerdas
Las cinco supercuerdas
tipo HE
tipo HO
tipo IIB
tipo I
tipo IIA
Las cinco supercuerdas y dualidad
Pronto se vio que las cinco supercuerdas no eran tan
distintas unas de otras
El concepto básico que las relaciona es el de dualidad
Las cinco supercuerdas y dualidad
Pronto se vio que las cinco supercuerdas no eran tan
distintas unas de otras
El concepto básico que las relaciona es el de dualidad
Las cinco supercuerdas y dualidad
Pronto se vio que las cinco supercuerdas no eran tan
distintas unas de otras
El concepto básico que las relaciona es el de dualidad
Decimos que dos teorías son duales cuando describen la
misma física a pesar de parecer muy distintas
Dos teorías duales son en realidad la misma, sólo que
están relacionadas por una redefinición de variables
La T-dualidad
Consideremos la cuerda bosónica en un círculo
Hay dos tipos de cuerdas
Cuerdas enrolladas en el círculo
Cuerdas trasladándose en el círculo
La T-dualidad
Consideremos la cuerda bosónica en un círculo
Hay dos tipos de cuerdas
Cuerdas enrolladas en el círculo: E ~ n R
Cuerdas trasladándose en el círculo: E ~ m / R
!
La T-dualidad
Consideremos la cuerda bosónica en un círculo
Hay dos tipos de cuerdas
Cuerdas enrolladas en el círculo: E ~ n R
Cuerdas trasladándose en el círculo: E ~ m / R
En realidad la teoría queda igual si intercambiamos
!
R ⟷ 1/R
y
n⟷m
La T-dualidad
Consideremos la cuerda bosónica en un círculo
Hay dos tipos de cuerdas
Cuerdas enrolladas en el círculo: E ~ n R
Cuerdas trasladándose en el círculo: E ~ m / R
En realidad la teoría queda igual si intercambiamos
!
R ⟷ 1/R
y
n⟷m
No
i
d
a
r
hay
!
!
s
o
ñ
e
u
q
e
os p
Las cinco supercuerdas y dualidad
Poco a poco se iba viendo que las cinco teorías no eran
tan distintas, sino que algunas eran la misma teoría vista
de maneras diferentes (fases de una misma teoría)
Las cinco supercuerdas y dualidad
Poco a poco se iba viendo que las cinco teorías no eran
tan distintas, sino que algunas eran la misma teoría vista
de maneras diferentes (fases de una misma teoría)
T
tipo HE
tipo HO
S
S
tipo IIB
tipo I
T
tipo IIA
La segunda revolución
Las teorías de cuerdas no son distintas, sino casos
especiales de una teoría única y más profunda, llamada
teoría M, que aún no sabemos formular del todo
Witten
1995
La segunda revolución
Las teorías de cuerdas no son distintas, sino casos
especiales de una teoría única y más profunda, llamada
teoría M, que aún no sabemos formular bien
Los objetos fundamentales de la teoría M son membranas
La segunda revolución de las cuerdas consistió en darse
cuenta de que en realidad no era una teoría de cuerdas!!!
!
Las D-branas?
Con la segunda revolución llegaron las
Dp-branas, objetos extensos de p
dimensiones espaciales
Desde el punto de vista de las cuerdas,
se describen como hiperplanos donde
están confinados los extremos de las
cuerdas abiertas
Polchinski
1995
Las cuerdas y nuestro universo
Desde este punto de vista está claro por qué la gravedad
es tan distinta del resto de las interacciones
Las D-branas?
Con la segunda revolución llegaron las
Dp-branas, objetos extensos de p
dimensiones espaciales
Desde el punto de vista de las cuerdas,
se describen como hiperplanos donde
están confinados los extremos de las
cuerdas abiertas
Las D-branas confinan las interacciones
del Modelo Estándar, y en general:
interacción gauge
confinada a (p+1) dim.
Polchinski
1995
gravedad
no-confinada
se propaga en 10 dim.
Mundos brana
A partir de esta observación se pensó que, si bien existen
10 dim, nuestro universo puede estar confinado en sólo 4
(en una 3-brana)
Mundos brana
A partir de esta observación se pensó que, si bien existen
10 dim, nuestro universo puede estar confinado en sólo 4
(en una 3-brana) sólo la gravedad ve 10 dimensiones
Mundos brana
A partir de esta observación se pensó que, si bien existen
10 dim, nuestro universo puede estar confinado en sólo 4
(en una 3-brana) sólo la gravedad ve 10 dimensiones
Surgió la idea de los mundos brana:
Cada brana contiene un “universo”
donde las leyes de la física pueden
ser algo distintas
Mundos brana
A partir de esta observación se pensó que, si bien existen
10 dim, nuestro universo puede estar confinado en sólo 4
(en una 3-brana) sólo la gravedad ve 10 dimensiones
Surgió la idea de los mundos brana:
Cada brana contiene un “universo”
donde las leyes de la física pueden
ser algo distintas
Lo único que es común a estos
universos es la gravedad, y lo único
que los conecta entre sí
Además la gravedad es más débil
que el resto de las fuerzas porque
está más “diluida”…
Dimensiones extra (otra vez)
Este último punto dio lugar a un nuevo tipo de propuesta Desde siempre la gravedad había sido distinta:
Se lleva mal con la mecánica cuántica
Es mucho más débil que las otras interacciones Dimensiones extra (otra vez)
Este último punto dio lugar a un nuevo tipo de propuesta Desde siempre la gravedad había sido distinta:
Se lleva mal con la mecánica cuántica
Es mucho más débil que las otras interacciones En los mundos brana, sin embargo, la gravedad no tiene
que ser tan débil: únicamente la percibimos débil porque
está más diluida que las otras fuerzas
Para ello las dimensiones extras tendrían que ser lo
suficientemente grandes. Se llegó a estimar que podrían
ser como un círculo de hasta 0.1 mm de radio!!
Arkani-Hamed,
Dimopoulos, Dvali
(1998)
D-branas y el Cosmos
Las D-branas también aportan nuevas ideas sobre el
origen de nuestro universo
Gravitación y Cosmología
Inflación: Guth, Linde, 1980
ver charla de J. García-Bellido
El Universo tuvo una fase de expansión superluminal, inducida
por un campo denominado “inflatón”
Alan Guth
Andrei Linde
Explica un Universo plano y conectado
causalmente
Además predice correctamente el espectro
de fluctuaciones del CMB
¿Quién es el inflatón y cuál es su física?
D-branas e Inflación
En particular sugieren modelos intuitivos de inflación
Se considera una compactificación con una D3-brana
y una anti-D3-brana (el anti-objeto de la D3-brana)
Como tienen carga opuesta se atraen entre si y crean
una aceleración El inflatón es la distancia entre las dos branas
Cuando se juntan, se aniquilan y termina la inflación.
Se libera un montón de energía que se transforma en
partículas del Modelo Estándar
Φ
D3
D3
Tye
(1998)
Dvali
Nuevas ideas inspiradas por las cuerdas
Después de haberse descubierto en el contexto de las
teorías de cuerdas, las propuestas Mundos brana
Dimensiones extra grandes
Inflación de branas
se han llegado a formular independientemente de la teoría de cuerdas y se han considerado sus consecuencias en experimentos como el LHC
A pesar de que estas ideas se formulen y estudien de
manera independiente, la teoría de cuerdas sigue siendo
la única manera de unificar el Modelo Estándar de
Partículas y la Relatividad General
Conclusiones
El concepto de unificación ha marcado en gran medida el
devenir de la física fundamental hasta nuestros días
Más alla de la física actual, hay propuestas para unificar las
fuerzas del Modelo Estándar y éstas con la Relatividad General
Compatibilizar Mecánica Cuántica y Relatividad General
requiere un cambio de paradigma. La teoría de cuerdas supone
tal cambio y el candidato más serio a unificar todas las fuerzas
de la naturaleza.
Todas estas propuestas e ideas sólo pueden ser verificadas
mediante futuros experimentos, que también habrán de dar
respuesta a muchas otras preguntas abiertas
ver charla de A. Uranga
¡Gracias!

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