Teoría unificada: ¿Que queremos unificar? 6

En la actualidad oímos cada vez más frecuentemente términos como teoría de cuerdas, materia oscura, fuerza gravitatoria, agujeros negros, partículas, multiuniverso, etc. Lo que hace unos años era solo comprensible para los miembros de un reducido círculo, cada vez está más en boca de todos, pero, ¿entendemos de que estamos hablando o solo repetimos lo que oímos?

Para empezar a entender de que estamos hablando hay que conocer primero un poco de la evolución de las Ciencias Físicas. Todo empezó con una manzana que nos presento la Fuerza de la Gravedad, y con ella pensamos que teníamos la clave para describir el Universo. Poco tardamos en ver que eso no era cierto. Con el paso del tiempo descubrimos otros tipos de fuerzas. Eléctrica, Magnética, Nuclear Fuerte, Nuclear Débil, de Coulomb, de Atracción, de Repulsión, etc. Teníamos una gran variedad que se incrementó con la puerta abierta a la imaginación de la Física Cuántica. El mapa de fuerzas era más complejo que el mundo que intentábamos simplificar y comprender. Por esa razón, con Einstein a la cabeza, se empezó a dar forma a una teoría que pudiera englobar a todas, «La Teoría del Todo» o «Teoría unificada».

Einstein moriría sin poder lograr su propósito, y aún hoy no hemos sido capaces de lograr una teoría fiable que sea capaz de amoldarse a todas las fuerzas. Se han desarrollado muchas teorías, pero todas chocan con la misma piedra, que curiosamente fue el principio de todo. La Gravedad no encaja. Con el estudio teórico de las fuerzas y sus interacciones hemos establecido que todas las fuerzas se pueden englobar en las siguientes cuatro. Nuclear Fuerte, Nuclear Débil, Electromagnética y Gravitatoria. De esta forma todo el plano físico, tanto macroscópica como microscópicamente, queda definido.

Por otro lado, una vez superada la Física Clásica de la manzana cayendo, tenemos dos formas de «entender» el mundo. La Física Relativista y la Física Cuántica. La primera, es la descripción del mundo como lo vemos teniendo en cuenta el lugar desde donde lo vemos. Es la descripción de nuestro día a día. Engloba toda la física que utilizamos para describir desde el descenso de un objeto por un plano inclinado que estamos viendo desde un tren en marcha, o para describir la interacción entre varios átomos con los pozos y barreras de potencial.

La Física Cuántica es un paso más hacia lo desconocido. Describe todo lo que se encuentra fuera del marco de la Física Relativista. El mejor ejemplo es el de los electrones y el efecto túnel. El comportamiento de un electrón está descrito perfectamente por la Física Relativista, pero la experiencia nos demuestra que de vez en cuando algunos electrones se «escapan». Y esa escapada solo podemos explicarla con teorías cuánticas. Cosas tan extrañas como la desaparición de un electrón o la existencia de materia/antimateria y los agujeros negros entran dentro del ámbito de estudio de la Cuántica.

Una teoría que quiera ser capaz de describir todo el Universo y sus interacciones ha de ser capaz de hacer tanto desde el punto de vista de la Relatividad como de la Cuántica.

En la actualidad existe una teoría que tiene mucho camino ganado. Es capaz de describir tres de las fuerzas principales, Electromagnetismo, Fuerte y Débil, tanto desde el punto de vista Relativista como Cuántico. Pero a esta teoría que llamamos Modelo Estándar o teoría cuántica de campos, se le escapa la Gravedad. El principal problema es que a cada tipo de fuerza se le asocia un tipo de partícula. Estas partículas serian el fotón para el electromagnetismo y los bosones W y Z y gluones para las fuerzas atómicas. Pero la gravedad no tiene una partícula a la que asociarse para poderla asimilar por el modelo.

Muchos científicos descartan el modelo por este problema mientras que otros postulan la existencia de un bosón de spín par con una masa en el intervalo m_g = (1,6 × 10⁻⁶⁹ -0) kg. A esta partícula teórica se le denomina gravitón. Al contrario que los fotones que solo interactúan entre ellos, los gravitones interactuarían con todas las partículas de su entorno. Esta interacción junto a la masa casi nula, hace que la detección experimental sea casi imposible dentro del marco de las leyes relativistas que ha de cumplir para mantenerse dentro de la Teoría unificada. Y aquí es donde entra en juego la ahora famosa Teoría de Cuerdas, en la que se supone que el gravitón está formado por una serie de cuerdas o branas vibrantes que interaccionan más allá de las tres dimensiones, conectando el  multiuniverso.

Así pues tenemos una posible Teoría unificada pero debemos demostrarla. Y mientras tanto, el estudio de sus implicaciones es extenso, y da pie a todo tipo de teorías como los universos paralelos. Por lo que parece que aunque podamos reducir y simplificar la Física que conocemos a una sola teoría, esta juega con nosotros abriendo un grande y complejo abanico de posibilidades.

Para saber más:

• http://www.iac.es
• https://www.lhc-closer.es/taking_a_closer_look_at_lhc

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