Antes de continuar con nuestra descripcion sobre las supercuerdas y, en especial, con la teoria M, considero pertinente recordar que dijimos que los quarks eran los ladrillos del universo. Pero ?estan hechos de cosas mas peque?as? Eso no se sabe. Contamos con muchas teorias, pero todavia no sabemos cual es la mas acertada. Lo que si tenemos claro es que el modelo estandar, que describe la constitucion interna del atomo y de las particulas subatomicas en el rango que son capaces de alcanzar nuestros aceleradores, es –en general– bastante aceptable, pese a sus debilidades.
Por otro lado, los fisicos estan casi seguros que los leptones no estan compuestos por particulas mas peque?as. Sin embargo, esta sospecha no se tiene en el caso de los quarks. No se sabe que hay detras de ellos. Tan solo se ha llegado a desconfinarlos junto con los gluones y por un brevisimo tiempo, de los protones y neutrones que los mantenian aprisionados, formando –en esos breves instantes– una materia plasmosa. Sin embargo, es frecuente escuchar dentro de la comunidad de los fisicos teoricos hablar de prequarks.
Por aquellas coincidencias de la vida, en la primavera del hemisferio norte del a?o 1995, me encontraba en la Universidad de Stanford, CA, USA, finalizando mis labores como investigador visitante, cuando me entere que el brillante fisico de la Universidad de Princeton, Ed Witten, iba a dar una conferencia. Como Witten era un cientifico que ya habia alcanzado, pese a su juventud, un alto nivel de prestigio, y como suele suceder en los acontecimientos importantes, los rumores comenzaron a rondar. Se decia en los pasillos y aulas de la universidad en que me encontraba trabajando que seguramente Witten tenia una nueva teoria del universo o alguna nueva genialidad teorica. Lo cierto es que el comentario general de mis colegas de Stanford era de que podia tratarse de una conferencia extraordinaria. No podia perder la ocasion y me consegui una invitacion. Atravese Estados Unidos de Norteamerica y hasta me compre una grabadora nueva. El dia y a la hora anunciados, la sala se lleno.
Durante algo mas de hora y media, Witten hablo rapido y casi sin parar, salvo para beber agua para refrescar su garganta. Y lo que expuso fue como lo suscribe al finalizar su exposicion:
Lo que Witten expuso a la exigente y, a su vez, perpleja audiencia de Princeton era una version bastante revolucionaria y muy bien fundamentada matematicamente de las supercuerdas. En su estructura teorica se fundamenta con mucha originalidad la compactificacion de las fuerzas de la naturaleza, incluyendo la gravedad; se deja un gran espacio matematico para eliminar las anomalias o perturbaciones, y se propugna con coherencia que la ultima estructura de la materia, lo que estaria bajo los quarks serian unos diminutas circulos semejantes a una membrana, y parecidos a la descripcion que hicimos sobre las cuerdas cerradas cuando comenzamos a hablar de las TC's.
Ed Witten, en su trabajo, presento amplias evidencias matematicas de que las cinco teorias obtenidas de la primera revolucion, junto con otra conocida como la supergravedad en once dimensiones, eran de hecho parte de una teoria inherentemente cuantica y no perturbativa conocida como
La idea que concita una mayor aceptacion de los teoricos es de que la estructura cuantica de la teoria M podria estar dada por unos objetos matematicos conocidos como matrices. Se trata de una idea que fue propuesta en 1996 por T. Banks, W. Fischer, S. Shenker y L. Susskind. A su vez, las simetrias de dualidad que se aplica en las distintas estructuraciones que se han venido dando para la teoria M, requieren de nuestras ya conocidas D-comas o D-branes, extendidas en varias dimensiones donde los extremos de las cuerdas pueden terminar. A principios de 1997, A. Strominger y C. Vafa utilizaron las D-comas como estados cuanticos del campo gravitacional en ciertas clases de agujeros negros, logrando reproducir –con clara precision matematica, y por primera vez– las propiedades termodinamicas de Bekenstein y Hawking.
Por supuesto, que lo ultimo se?alado en el parrafo anterior, es lo que mas esperanza a los fisicos teoricos de que a traves de las TSC y, en especial, de la teoria M podria estar el camino para llegar a la deseada formulacion definitiva de la teoria cuantica del campo gravitacional. La conexion con el modelo estandar estaria mas lejano. Estos ultimos avances descritos se conocen como
La teoria M, fue formulada partiendo de los principios hipoteticos de la teoria de supergravedad denominada 11-dimensional, y para un estadio cosmologico de baja energia. Su configuracion grafica esta constituida por un circulillo membranoso y 5-comas como solitones, pero no tiene cuerdas. Ahora salta la pregunta ?Entonces, como se puede estructurar la teoria insertando las cuerdas que hemos venido estudiando? Compactificando la teoria M 11-dimensional en un diminuto circulo con el objeto de conseguir una teoria de diez dimensiones. Si tomamos una membrana con una topologia de protuberancias redondeadas e insertamos una de sus dimensiones en el circulo compactificado, este se convertira en una cuerda cerrada. Cuando el circulo llega a ser muy peque?o recuperamos la supercuerda de tipo IIA.
Ahora bien ?Como podemos saber que en el circulo que propugna la teoria M se puede insertar la supercuerdas IIA, y no la tipo IIB o las supercuerdas heteroticas? La respuesta se ha podido obtener gracias a los estudios realizados sobre los campos sin masa que se consiguen cuando se compactifica en un circulo los hipoteticos mecanismos viables para estos efectos que comporta la teoria de la supergravedad 11-dimensional. Tambien en el origen de la teoria M se ha consideracion el hecho de la existencia de D-comas que se da unicamente en la teoria IIA. Recordemos que la teoria IIA contiene 0, 2, 4, 6, 8 D-comas y ellos se suman a los solitones 5-comas del NS. En la siguiente tabla hacemos un resumen de lo que produce esta compactificacion:
Teoria-M en ciculo IIA en 10 dimensiones
Membrana plegada a un circulo Supercuerda IIA
Contraccion de la membrana a cero D0-comas
Membrana sin cubierta D2-comas
Cubierta 5-comas en un circulo D4-comas
Liberacion de 5-comas NS 5-comas
En la tabla resumen que hemos desarrollado, se han dejado de lado en la compactificacion los D-comas D6 y D8. El D6-comas es considerado como un mecanismo aplicable a los monopolos de Kaluza-Klein, que permite hallar soluciones para la compresion en un circulo de la supergravedad 11-dimensional. Sobre el D8-comas, no se tiene claro todavia su aplicabilidad en la teoria M; es un asunto que se encuentra en pleno proceso de investigacion.
Por otra parte, tambien se puede conseguir una teoria consistente de 10 dimensiones si se compatifica a la teoria M en un segmento de una peque?a linea. Para ello, se toma una de las once dimensiones que hemos se?alado, con el objetivo de que esa linea adquiera una longitud finita. Realizado ese proceso, se consigue que los puntos terminales del segmento que se ha elegido en la linea sean los que definan las demarcaciones de nueve dimensiones espaciales. Una membrana abierta puede terminar en los limites de esas demarcaciones. Desde donde se intersecciona a la membrana y uno de los limites de demarcacion hay una cuerda, lo que permite visualizar un espacio con 9 + 1 dimensiones en cada uno de los limites que pueden tener las cuerdas que nacen en los extremos de la membrana. Por otro lado, para anular las perturbaciones de la teoria de supergravedad, tambien es necesario la presencia en los limites del mecanismos que aporta el grupo E8 gauge. En consecuencia, la eleccion de un diminuto espacio limitado es la condicion que permite una teoria de diez dimensiones con cuerdas y grupo gauge E8 x E8; o sea, aqui se nos da la teoria de cuerdas heterotica E8 x E8.
Dado las novedosas facetas que conlleva cada una de las fases de esta teoria TSC de 11-dimensiones, y las variadas simetrias de dualidad que se insertan entre las teorias de supercuerdas que se conpactifican con ella, podria pensarse que estariamos siendo conducidos a la consecucion de contar con la anhelada unica teoria fundamental subyacente, ya que las seis teorias de TSC incluida la 11-D supercuerda-supergravedad podrian ser las complementantes que requieren las teorias clasicas de la fisica. Previamente, hemos intentado deducir las teorias cuanticas aplicandolas a los limites de las clasicas a traves de teorias perturbadoras. Como las perturbaciones en fisica son limitantes, en estas teorias se han desarrollado mecanismos noperturbantes, como son el caso de las dualidades, supersimetria, etc. Son esos mecanismos hipoteticos-matematicos los que llevan a pensar que existiria una unica teoria cuantica detras de todas. El poder contar con una unica teoria es una perspectiva muy emocionante para la mayoria de los fisicos teoricos y, por ello, es que una parte importante del trabajo de investigacion teorica se ha venido focalizando hacia la formulacion completa de una teoria M cuantica. Ahora, si se va a lograr, es algo que esta por verse.