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 busqueda ´ de los constituyentes ultimos ´ de la materia
24
Sólo hay un tipo
Cuerdas abiertas producen Estructura extensa de cuerdas las part´ıculas 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…. z a m lu p n u e d 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!
