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HISTORIA DE JAVIER DE LUCAS. En 1968, un joven f í sico te ó rico llamado Gabriele Veneziano se esforzaba por encontrar un sentido l ó gico para varias.

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1 HISTORIA DE JAVIER DE LUCAS

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4 En 1968, un joven f í sico te ó rico llamado Gabriele Veneziano se esforzaba por encontrar un sentido l ó gico para varias propiedades de la fuerza nuclear fuerte observadas experimentalmente. Veneziano, que entonces era un investigador del CERN, el laboratorio europeo de aceleraci ó n de part í culas de Ginebra, Suiza, hab í a trabajado durante varios a ñ os en distintos aspectos de este problema, hasta que un d í a tuvo una revelaci ó n impactante. Para su sorpresa, se dio cuenta de que una esot é rica f ó rmula inventada dos siglos antes con fines meramente matem á ticos por el renombrado matem á tico suizo Leonhard Euler -la llamada funci ó n beta de Euler- parec í a ajustarse de un golpe a la descripci ó n de numerosas propiedades de part í culas que interaccionan fuertemente entre s í. La observaci ó n de Veneziano proporcion ó una poderosa envoltura matem á tica para muchas caracter í sticas de la fuerza nuclear fuerte y puso en marcha un intenso frenes í de investigaciones encaminadas hacia la utilizaci ó n de la funci ó n beta de Euler, y diversas generalizaciones de é sta, para describir la enorme cantidad de datos que se estaban recogiendo en varios aceleradores de part í culas at ó micas repartidos por todo el mundo. Sin embargo, la observaci ó n de Veneziano era en un sentido incompleta. Como sucede cuando un estudiante utiliza f ó rmulas memorizadas sin entender su significado o su justificaci ó n, la funci ó n beta de Euler parec í a funcionar, pero nadie sab í a por qu é. Era una f ó rmula en busca de su explicaci ó n.

5 Esto cambi ó en 1970 cuando los trabajos de Yoichiro Nambu, de la Universidad de Chicago, Holger Nielsen, del Niels Bohr Institute, y Leonard Susskind, de la Universidadde Stanford, revelaron los principios f í sicos, hasta entonces desconocidos, que se ocultaban detr á s de la f ó rmula de Euler. Estos f í sicos demostraron que, si se constru í a un modelo de part í culas elementales consider á ndolas como peque ñ as cuerdas vibradoras unidimensionales, sus interacciones nucleares se pod í an describir con toda exactitud mediante la funci ó n de Euler. Seg ú n su razonamiento, si los trozos de cuerda eran suficientemente peque ñ os, podr í an seguir pareciendo part í culas puntuales y, por consiguiente, podr í an ser coherentes con las observaciones experimentales.

6 A principios de la d é cada de 1970, unos experimentos con altas energ í as capaces de comprobar el mundo subat ó mico m á s a fondo demostraron que el modelo de cuerdas realizaba cierto n ú mero de predicciones en contradicci ó n directa con las observaciones. Al mismo tiempo, se estaba desarrollando la teor í a cu á ntica de campos aplicada a las part í culas puntuales, en el marco de la cromodin á mica cu á ntica, y su abrumador é xito en la descripci ó n de la fuerza nuclear fuerte hizo que se llegara al abandono de la teor í a de cuerdas Aunque esto proporcionaba una teor í a intuitivamente sencilla y satisfactoria, no tard ó mucho tiempo en llegar la demostraci ó n de que la descripci ó n de la fuerza nuclear fuerte mediante cuerdas fallaba.

7 La mayor í a de los f í sicos de part í culas pens ó que la teor í a de cuerdas hab í a quedado relegada al cubo de la basura de la ciencia, pero unos pocos investigadores se mantuvieron fieles a ella. Schwarz, por ejemplo, pens ó que « la estructura matem á tica de la teor í a de cuerdas era tan bella y ten í a tantas propiedades milagrosas que ten í a que apuntar hacia algo profundo ». Uno de los problemas que los f í sicos detectaron en la teor í a de cuerdas era que parec í a tener una aut é ntica profusi ó n de riquezas desconcertantes. Esta teor í a conten í a configuraciones de cuerdas vibrantes que presentaban propiedades semejantes a las de los gluones, lo cual daba sentido a la afirmaci ó n previa de que se trataba de una teor í a de la fuerza nuclear fuerte. Pero, adem á s de esto, conten í a part í culas adicionales que actuaban como mensajeras y no parec í an tener ninguna importancia en las observaciones experimentales de la fuerza nuclear fuerte.

8 En 1974, Schwarz y Jo ë l Scherk, de la Escuela Normal Superior, dieron un intr é pido salto adelante que transform ó este vicio aparente en una virtud. Despu é s de estudiar las misteriosas pautas mensajeras de la vibraci ó n de las cuerdas, constataron que sus propiedades encajaban perfectamente con las de la hipot é tica part í cula mensajera de la fuerza gravitatoria: el gravit ó n. Aunque estos « paquetes m í nimos » de la fuerza gravitatoria nunca han sido vistos, hasta ahora, los te ó ricos pueden predecir, con toda confianza, ciertas caracter í sticas b á sicas que deben poseer, y Scherk y Schwarz descubrieron que estas propiedades se hac í an realidad de una manera exacta en ciertos modelos vibratorios. Bas á ndose en esto, Scherk y Schwarz sugirieron que la teor í a de cuerdas hab í a fallado en aquel intento inicial porque los f í sicos hab í an reducido indebidamente su alcance. La teor í a de cuerdas no es solamente una teor í a de la fuerza nuclear fuerte, dijeron Scherk y Schwarz; es una teor í a cu á ntica que incluye asimismo a la gravedad.

9 El camino del progreso ya estaba para entonces cubierto de numerosos intentos fallidos de unificar la gravedad y la mec á nica cu á ntica. La teor í a de cuerdas hab í a demostrado estar equivocada en sus esfuerzos iniciales por describir la fuerza nuclear fuerte, y a muchos les parec í a que no ten í a sentido intentar utilizar esta teor í a para perseguir un objetivo a ú n m á s amplio. Estudios posteriores llevados a cabo durante las d é cadas de 1970 y 1980 demostraron, de un modo todav í a m á s desolador, que la teor í a de cuerdas y la mec á nica cu á ntica padec í an sus propios conflictos sutiles. Result ó que, una vez m á s, la fuerza gravitatoria se resist í a a incorporarse a la descripci ó n microsc ó pica del universo. El conjunto de los f í sicos no recibi ó esta sugerencia con un gran entusiasmo. De hecho, Schwarz dice « nuestra obra fue ignorada a nivel universal ».

10 Estaba vigente el modelo est á ndar y su notable é xito en la predicci ó n de resultados experimentales indicaba que su verificaci ó n definitiva era s ó lo cuesti ó n de tiempo y de algunos detalles. Ir m á s all á de sus l í mites para incluir la gravedad y, posiblemente, explicar los datos experimentales en los que se basaba -los 19 n ú meros correspondientes a las masas de las part í culas elementales, sus cargas de fuerza, y las intensidades relativas de las fuerzas, todos ellos n ú meros que se conocen a partir de los experimentos, pero que no se comprenden te ó ricamente- una tarea tan desalentadora que todos, salvo los f í sicos m á s intr é pidos, se echaban atr á s ante semejante desaf í o. Sin embargo, seis meses m á s tarde se produjo un vuelco total en el ambiente. El é xito de Green y Schwarz fue un chorro que lleg ó finalmente incluso hasta los estudiantes graduados de primer curso, y la apat í a anterior fue barrida por una sensaci ó n electrizante de estar viviendo desde dentro un momento decisivo en la historia de la f í sica. Como consecuencia, los f í sicos empezaron a trabajar todas las horas del d í a y de la noche en un intento de llegar a dominar las amplias á reas de f í sica te ó rica y matem á ticas abstractas que eran requisito indispensable para comprender la teor í a de cuerdas.

11 Adem á s, para muchas de estas caracter í sticas, la teor í a de cuerdas ofrece una explicaci ó n mucho m á s completa y satisfactoria que la que se puede hallar en el modelo est á ndar. Estos avances convencieron a muchos f í sicos de que la teor í a de cuerdas estaba de lleno en camino de cumplir su promesa de ser la teor í a unificada definitiva. El per í odo comprendido entre 1984 y 1986 se conoce como la « primera revoluci ó n de las supercuerdas ». Durante estos tres a ñ os, f í sicos de todo el mundo escribieron m á s de mil publicaciones de investigaci ó n sobre la teor í a de cuerdas. Estos trabajos demostraban de forma concluyente que numerosas caracter í sticas del modelo est á ndar -caracter í sticas que se hab í an descubierto durante d é cadas de esmerada investigaci ó n- emerg í an naturalmente y de una manera sencilla a partir de la grandiosa estructura de la teor í a de cuerdas.

12 Normalmente, los f í sicos no se rinden ante esta dificultad, sino que intentan resolver estas ecuaciones aproximadamente. La situaci ó n que se da en la teor í a de cuerdas es a ú n m á s complicada. Tan s ó lo determinar cu á les son las ecuaciones ha resultado ser tan dif í cil que, hasta ahora, se han deducido ú nicamente versiones aproximadas de las mismas. Por este motivo, la teor í a de cuerdas ha quedado limitada al c á lculo de soluciones aproximadas para ecuaciones aproximadas. Despu é s de los pocos a ñ os de avance acelerado durante la primera revoluci ó n de las supercuerdas, los f í sicos descubrieron que las aproximaciones que se estaban utilizando no eran adecuadas para responder a determinadas cuestiones fundamentales, lo cual entorpec í a la consecuci ó n de posteriores avances. Sin propuestas concretas para ir m á s all á de los m é todos aproximados, muchos f í sicos que trabajaban en la teor í a de cuerdas acabaron frustrados y volvieron a sus l í neas de investigaci ó n anterior. Sin embargo, una y otra vez, los expertos en teor í a de cuerdas se encontraron con un escollo realmente importante. Cuando se trata de investigar en f í sica te ó rica, uno se encuentra a menudo confrontado con ecuaciones que son demasiado dif í ciles de entender o de analizar.

13 Para los que siguieron trabajando en la teor í a de cuerdas, los ú ltimos a ñ os de la d é cada de 1980 y los primeros de la de 1990 fueron tiempos dif í ciles. Como un valioso tesoro encerrado en una caja fuerte y visible s ó lo a trav é s de una diminuta, pero tentadora, mirilla, la belleza y las promesas de la teor í a de cuerdas la hac í an sumamente atractiva, pero nadie ten í a la llave para liberar su poder. Largos intervalos de sequ í a quedaban peri ó dicamente interrumpidos por importantes descubrimientos, pero todos los que trabajaban en este campo ve í an claro que se necesitaban nuevos m é todos para poder ir m á s all á de las aproximaciones que se hab í an realizado hasta entonces.

14 Fue entonces cuando, durante el congreso sobre cuerdas « Strings 1995 », en una emocionante conferencia pronunciada en la Universidad del Sur de California -una conferencia que asombr ó a una embelesada audiencia formada por los f í sicos m á s relevantes del mundo- Edward Witten anunci ó un plan para dar el siguiente paso, poniendo as í en marcha la « segunda revoluci ó n de las supercuerdas ». Los expertos en teor í a de cuerdas est á n trabajando arduamente para poner a punto una serie de m é todos nuevos que prometen superar los obst á culos te ó ricos con los que se hab í an encontrado anteriormente. Las dificultades que entra ñ a este camino pondr á n a prueba seriamente el potencial t é cnico de los expertos en teor í a de las supercuerdas que trabajan actualmente en el mundo, pero puede que finalmente se est é haciendo visible la luz al final del t ú nel, aunque todav í a quede muy distante.

15 La Teoría M de Witten engloba las cinco teorías de cuerdas existentes, más la supergravedad en 11 dimensiones.

16 Dichas teorías son: TIPO I TIPO II A TIPO II B HETEROTICA 0 HETEROTICA E SUPERGRAVEDAD 11 DIMENSIONES QUE SE UNIFICAN EN LA TEORÍA M

17 HISTORIA DE FIN


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