La búsqueda del origen de todo comenzó en Grecia hace ya más de 2.000 años. El hombre siempre se ha sentido atraído por descubrir el origen de la vida, pero no se ha conformado con esto, sino con saber qué hay detrás de todo, incluso lo que no puede verse a simple vista. Para ello existe la física de partículas y, en consecuencia, la teoría de cuerdas.

¿Qué es la física de partículas?

Para hablar de la teoría de cuerdas, es imprescindible definir la física de partículas, un campo de estudio que lo que busca es comprender las partículas fundamentales, así como las fuerzas que las controlan en el universo. Dentro de la física de partículas encontramos el popular Modelo Estándar, que sirve a manera de marco teórico que permite comprender las interacciones entre las partículas más elementales.

De acuerdo con el Modelo Estándar existen partículas elementales que son las que forman la materia y es posible identificarlas. Además, estudia las fuerzas que actúan entre estas partículas. Por otra parte, en el Modelo Estándar, las partículas se dividen en dos: fermiones y bosones:

• Fermiones. Son las partículas que componen a la materia y que, a su vez, se dividen en quarks y leptones. Los quarks son bloques que dan como resultado los protones y neutrones; por su parte, los leptones, a los que pertenecen los electrones, no se componen de nada más pequeño.
• Bosones. Los bosones son las partículas que portan las fuerzas. Este es el caso del fotón, que transfiere la fuerza electromagnética; mientras que el gluon, es el que se encarga de unir a los quarks dentro de los protones y neutrones.

Dentro del Modelo Estándar también encontramos dos conceptos interesantes: la Electrodinámica Cuántica (QED) y la Cromodinámica Cuántica (QCD). La QED explica cómo los protones y electrones experimentan interacciones magnéticas, mientras que la QCD nos permite comprender cómo los quarks se mantienen unidos a través de los gluones. ¿Y cómo se relacionan estos conceptos? Para empezar, no podrían existir uno sin el otro porque los quarks son los que originan los protones y neutrones.

Por último, la física de partículas, a través del Modelo Estándar, demostró en 2012 algo que era todo un misterio y que sirvió para sentar las bases de la teoría de cuerdas: el bosón de Higgs. El bosón es la partícula responsable de permear todo el espacio y dar masa a las partículas más elementales.

¿Qué es la teoría de cuerdas?

En líneas generales, el Modelo Estándar nos explica cómo está hecho el universo y todo lo que lo compone, sin embargo, tiene ciertas lagunas. A día de hoy, todavía no existe una explicación de por qué solo hay tres familias de quarks y tres de leptones y no más.

A los quarks se les considera “los ladrillos del universo”, pero nadie sabe si están compuestos de partículas más pequeñas. Nadie sabe qué hay más allá de los quarks, ni detrás de ellos y aquí es cuando aparece la teoría de cuerdas o supersimetría, algo que, sobre el papel existe, pero que todavía no se puede comprobar. Descubrir qué hay más allá del Modelo Estándar es el principal reto de los estudiosos de la materia.

¿Qué papel desempeña la teoría de cuerdas en todo esto? Para ello, hay que viajar a finales de la década de los 60. Por ese entonces, el físico italiano, Gabriele Veneziano, formuló una teoría que pretende explicar cómo los quarks se mantienen unidos dentro de los protones y neutrones. La teoría de acuerdas que, al principio sonaba como algo descabellado y cayó en el olvido, tomó importancia en la década de los 80.

¿De qué tamaño es una cuerda?

Entre 1984 y 1985 se descubrió que la famosa teoría de cuerdas permitía describir cuatro fuerzas de la naturaleza: la gravedad, el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles. Pero, te contamos aún más, estas fuerzas serían producto de objetos unidimensionales, las cuerdas.

Fue así como, a finales del siglo XX, los físicos teóricos casi se convencieron de que la teoría de cuerdas era capaz de explicar el origen del todo, la estructura última de la materia. Pero ponerle cara a las cuerdas no solo es difícil, sino que es imposible. ¿Por qué? Porque son pequeñas, diminutas, es lo más pequeño que “existe”. Matemáticamente hablando, el tamaño de una cuerda es 10, elevado a la 20 potencia, más pequeño que el núcleo atómico. ¿Y qué tamaño tiene el núcleo atómico? 10, elevado a la 20 potencia más pequeño que el tamaño de la Tierra.

Fue aquí cuando surgió el mito de la famosa Teoría del Todo. Pero ya puestos a hablar de teorías, en realidad, se determinó que existían cinco formulaciones diferentes. Sin embargo, en 1995, por fin se demostró que las cinco teorías no eran algo separado, sino que eran distintos aspectos de una única teoría: La Teoría M.

La teoría de cuerdas: Lo más elevado del conocimiento humano

Hablar de la teoría de cuerdas y comprenderla no resulta sencillo. Y es que ni siquiera los propios físicos teóricos logran entenderla al 100%. Ya hemos visto en líneas generales qué son las cuerdas, ¿Dónde se colocan a nivel del mundo atómico y subatómico? Vayamos por partes.

En primer lugar, tenemos a las partículas y sus fuerzas, pero, en segundo, se encuentran los grupos de simetría. A través de estos se relacionan los campos y las partículas. ¿Y qué son los campos? Sorpresivamente, hace unos años, las cuatro fuerzas que antes mencionamos dejaron de ser fuerzas y se convirtieron en campos. Así, la gravedad pasó a ser un campo, al igual que la electromagnética.

En el siguiente escalón se encuentran los grupos de simetría interpretados como estados del espacio. ¿Te suena la teoría de que existen distintas dimensiones? ¡Pues aquí es donde se halla la simetría! Según la teoría de cuerdas, los grupos de simetría se interpretan como estados del espacio de 10 dimensiones. Por último, más allá de estas dimensiones, viven las cuerdas.

Definir a las cuerdas es complicado. Según los físicos teóricos, se trata de objetos fundamentales del universo. Son alargados y carecen de grosor y, curiosamente, están compuestas por una única dimensión. Las cuerdas tienen un comportamiento que hace que aparezcan grupos de simetría relacionados, a su vez, con las fuerzas de la materia. Precisamente, las cuerdas son las que determinarían el comportamiento de las partículas subatómicas y los átomos.

De este modo, las partículas subatómicas, las que podemos ver en la naturaleza y que forman parte de un todo, serían una vibración de las cuerdas. Es así como todas las fuerzas presentes en la naturaleza son simplemente, la interacción entre estas cuerdas, algo tan diminuto que no somos capaces de imaginar su pequeñez.