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¿Puede el LHC probar la teoría de cuerdas?

¿Puede el LHC probar la teoría de cuerdas?

Un trabajador de mantenimiento inspecciona el túnel del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el centro de investigación de la Organización Europea de Investigación Nuclear (CERN) el 19 de noviembre de 2013 en Ginebra, Suiza.

Foto de Vladimir Simicek / isifa / Getty Images

Cuando el Gran Colisionador de Hadrones se encendió por primera vez en 2008, había posibilidades e ideas aparentemente infinitas de lo que podía encontrar. Quizás esto ubicaría al escurridizo bosón de Higgs, lo que ayudaría a los científicos a confirmar cómo otras partículas están ganando masa. Quizás descubriría una serie de nuevas partículas que darían a los físicos no solo la confirmación de la supersimetría, sino también un don divino de nuevas ciencias para estudiar. Quizás esto crearía un nuevo universo en el que estaría bien comer Cheetos para la cena y los protones se parecerían a Froot Loops.

Algunas de estas posibilidades eran más probables que otras. Y algunos de ellos (ejem), de hecho, no estaban realmente en el LHC. Si bien los oponentes predijeron que los mini Big Bangs del LHC crearían agujeros negros que destruirían el mundo y devorarían el universo como tantos Cheetos en la cena, la verdad es que no había tantas teorías como el LHC podría probar o refutar.

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Y en cuanto a este propósito: no, el LHC no probará la teoría de cuerdas, pero puede proporcionar evidencia para apoyar las ideas que están en el corazón de la teoría de cuerdas.

Piénselo así: estoy caminando y veo un túnel. Creo que este túnel puede tener algún tipo de flujo que lo atraviesa, así que lanzo una pelota y veo qué pasa cuando sale por el otro lado. Si la bala sale empapada, puedo decir que apoya completamente mi teoría de que el túnel contenía una corriente. Pero alguien más puede decir que apoya la teoría de que hay un rociador en el túnel. Sin embargo, otro puede decir que en realidad está lloviendo en el túnel, y una bala mojada es solo para demostrarlo.

Lo único que podemos decir con certeza es que la bala húmeda respalda todas estas teorías y quizás descarte la teoría de que el túnel está seco. En el LHC, físicos muy dispares buscan afirmaciones sobre la “bola húmeda” para respaldar, o refutar, las teorías sobre cómo funcionan las partículas (y el universo). Una de estas teorías es la teoría de cuerdas.

La teoría de cuerdas básicamente dice que las partículas están formadas por energías que parecen cuerdas vibrantes. Las diferentes vibraciones de las cuerdas crean todas las diferentes partículas y fuerzas. Básicamente, toda la materia y todas las fuerzas del universo están formadas por estas cuerdas vibrantes. [source: Greene]. Pero aquí hay un hecho curioso: la teoría de cuerdas no se convierte realmente en una teoría unificadora, una teoría que puede explicar la composición de cada fuerza y ​​partícula en el universo, a menos que resulte que el universo también tiene más de tres dimensiones. Lo cual, ya sabes, es difícil que muchos físicos se den la mano.

Y por una buena razón. No es Hogwarts, no podemos simplemente aparecernos en otra dimensión para ver si realmente está ahí. Podemos simplemente mirar a nuestro alrededor y ver tres dimensiones observables frente a nosotros. Pero puedes convencerte de creerlo si crees que las dimensiones son muy, muy pequeñas … tal vez sean demasiado pequeñas para ser vistas.

Esto crea un problema: si las dimensiones necesarias son demasiado pequeñas para ser vistas, ¿cómo podemos esperar observar, o incluso probar, una hipótesis de la teoría de cuerdas?

Aquí es donde entra en juego el LHC. Se lanzaron algunas ideas para probar algunas características de la teoría de cuerdas. El primero es bastante simple: el modelo más simple de la teoría de cuerdas predice la existencia de partículas supercompañeras. Básicamente, son socios mucho más pesados ​​que los quarks y leptones del Modelo Estándar que los físicos han observado y que combinarían fuerza y ​​materia. Los físicos esperaban encontrar supercompañeras en la misma masa que Higgs, pero aún no lo han hecho. Por lo tanto, el LHC está haciendo todo lo posible para tratar de encontrar estas partículas supercompañeras, tanto en sus últimas colisiones de protones como en experimentos futuros con energías aún más altas. La “bola húmeda” en este caso, las partículas supercompañeras, también apoyarían la teoría de la supersimetría, que está relacionada con la teoría de cuerdas, pero es distinta de ella.

El LHC también puede embarcarse en una búsqueda de las dimensiones ultra-diminutas que deben existir para que la teoría de cuerdas funcione como una teoría unificada. Si existieran estas dimensiones, prácticamente nadaríamos en ellas. El LHC puede unir protones para crear nuevas partículas, tal como lo hizo. Al sumar la energía de las partículas formadas en las colisiones y restarla de la energía de las partículas antes de la colisión, podemos decir si alguna parte de la energía es MIA. En ese caso, podemos decir: “Oye, no sabemos a dónde se fue la energía, pero tal vez esté en otra dimensión”.

Esta vez, la bala húmeda es la diferencia de energía antes y después de la colisión. Una vez más, esto no “probaría” la teoría de cuerdas o incluso dimensiones adicionales. Pero sería un descubrimiento científico que respalda algunas de las cosas necesarias para que funcione la teoría de cuerdas.

Lo que no podemos predecir es si la teoría de cuerdas se convertirá en una hipótesis científica que podamos probar u observar. Por el momento, una de las razones por las que es tan controvertido es que muchos físicos no creen que sea posible realizar pruebas y, lo que es más importante, creen que no es posible demostrar que está equivocado. Algunos miembros de la comunidad física se sienten cómodos diciendo que la teoría de cuerdas no es falsable. [source: Nature Physics]. (Esto significa que debe poder refutar la hipótesis, no solo confirmarla).

Entonces, aunque podemos estar razonablemente seguros de que no lo es, el LHC no probará que la teoría de cuerdas sea cierta usando colisiones de protones, los físicos pueden encontrar evidencia de que no es así.

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