La teoría de cuerdas podría ser la base de la mecánica cuántica


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Dos investigadores de la USC (Universidad del Sur de California) han propuesto un vínculo entre la teoría de cuerdas y la mecánica cuántica que podría abrir la puerta a la utilización de la teoría de cuerdas -o a una versión más amplia de la misma, llamada teoría M- como la base de toda la física.

“Esto podría resolver el misterio de dónde proviene la mecánica cuántica,” dijo Itzhak Bars, profesor del Colegio de la USC, Dornsife  de Letras, Artes y Ciencias y autor principal del artículo.

Bars colaboraró con Dmitry Rychkov, su estudiante de postgrado en la USC. El documento fue publicado en la revista Physics Letters.

En lugar de utilizar la mecánica cuántica para validar la teoría de cuerdas, los investigadores trabajaron hacia atrás y utilizaron la teoría de cuerdas para tratar de validar la mecánica cuántica.

En su artículo, que reformula la teoría de cuerdas en un lenguaje más claro, Bars y Rychov mostraron que un conjunto de principios fundamentales de la mecánica cuántica conocido como “reglas de conmutación ” pueden derivarse de la geometría de la unión y división de las cuerdas.

“Nuestro argumento se puede presentar como una estructura matemática simplificada enormemente, casi como si fuera la columna dorsal”, dijo Bars. “El ingrediente esencial es la suposición de que toda la materia está compuesta de cuerdas y que la única interacción posible es la unión/división como se especifica en su versión de la teoría de cuerdas.”

Los físicos siempre han tratado de unir la mecánica cuántica y la relatividad general, para explicar por qué tanto trabajo en sus respectivos dominios. La teoría de cuerdas, que se propuso en primer lugar en la década de 1970, resuelve las incoherencias de la gravedad cuántica y sugiere que la unidad fundamental de la materia es una cuerda pequeña, no un punto, y que las únicas posibles interacciones de la materia son estas cuerdas, ya sea uniéndose o mediante su división.

Cuatro décadas más tarde, los físicos todavía están tratando de discutir a fondo las reglas de la teoría de cuerdas, que parecen exigir algunas condiciones de partida interesantes para trabajar (como dimensiones extra, lo que puede explicar por qué los quarks y los leptones tienen carga eléctrica, color y “sabor” diferentes).

En la actualidad, hay un conjunto único de normas que se puede utilizar para explicar todas las interacciones físicas que ocurren en el universo observable.

En grandes escalas, los científicos utilizan, la mecánica newtoniana clásica para describir cómo la gravedad mantiene a la luna en su órbita o por qué la fuerza de un motor a reacción impulsa un chorro hacia adelante. La mecánica de Newton es intuitiva y con frecuencia se puede observar a simple vista.

El increíblemente diminutas escalas, como 100 millones de veces más pequeñas que un átomo, los científicos usan la teoría de campo cuántica relativista para describir las interacciones de las partículas subatómicas y las fuerzas que mantienen los quarks y los leptones juntos dentro de los protones, neutrones, núcleos y átomos.

La mecánica cuántica es a menudo contradictoria, teniendo en cuenta que dos partículas pueden estar en dos lugares al mismo tiempo, pero ha sido validada en varias ocasiones desde el átomo hasta los quarks. Se ha convertido en un marco de gran valor y es precisa en la comprensión de las interacciones entre la materia y la energía en pequeñas distancias.

La mecánica cuántica es un gran éxito como modelo de cómo funcionan las cosas en pequeña escala, pero contiene un gran misterio: las reglas de conmutación cuántica fundamentales e inexplicables que predicen una incertidumbre en la posición y el momento de cada punto en el universo.

“Las reglas de conmutación no tienen una explicación desde el punto de vista más fundamental, pero se han verificado experimentalmente a distancias más pequeñas sondeadas por los aceleradores más poderosos. Es evidente que las normas son correctas, pero piden una explicación de sus orígenes en algunos fenómenos físicos que son aún más profundos “, dijo Bars.

La dificultad radica en el hecho de que no hay datos experimentales sobre el tema; probar cosas en una escala tan pequeña está en la actualidad más allá de la capacidad tecnológica de un científico.

La investigación fue financiada por el Departamento de Energía.

Autor: Robert Perkins

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