Físicos Descubren Teoría de Cuerdas sin Buscarla

Un grupo de físicos que buscaba comprender mejor la gravedad cuántica encontró inesperadamente las señales definitorias de la teoría de cuerdas. Esta teoría, desarrollada inicialmente en los años 60, plantea que el universo podría estar formado por diminutas cuerdas vibrantes a escalas mucho menores que las de las partículas subatómicas conocidas.

La teoría de cuerdas intenta resolver el problema de combinar la mecánica cuántica, que explica el comportamiento de la materia y energía a escalas muy pequeñas, con la relatividad general, que describe la gravedad y la estructura del cosmos a gran escala. La dificultad radica en que las matemáticas se vuelven inconsistentes cuando se intenta tratar la gravedad desde un enfoque cuántico.

El nuevo enfoque bootstrap en física teórica

Ante la imposibilidad de probar la teoría de cuerdas mediante experimentos directos —ya que requeriría un acelerador de partículas del tamaño de una galaxia— los científicos han adoptado métodos alternativos. Uno de ellos es el enfoque “bootstrap”, que parte de pocas suposiciones generales sobre el comportamiento de la naturaleza y observa qué estructuras matemáticas emergen.

En un artículo titulado “Strings from Almost Nothing” y aceptado en Physical Review Letters, investigadores de Caltech, la Universidad de Nueva York y el Institut de Física d’Altes Energies en Barcelona aplicaron este método para estudiar interacciones de partículas a energías extremadamente altas. A partir de escasas hipótesis sobre el comportamiento en dispersión, recuperaron de manera inesperada las características esenciales de la teoría de cuerdas.

El espectro infinito de partículas

Una de las señales más importantes que emergió es el espectro de cuerdas. En los años 60, el físico italiano Gabriele Veneziano en el CERN descubrió una función matemática que describía una secuencia aparentemente infinita de partículas producidas en colisiones, con masas y giros crecientes en un patrón ordenado.

Este espectro fue interpretado posteriormente como análogo a las vibraciones armónicas de una cuerda musical, donde diferentes modos de vibración generan distintas partículas. La conexión con la gravedad se aclaró en 1974, cuando los físicos John Schwarz y Joël Scherk reconocieron que la teoría incluía naturalmente la gravedad.

Por qué la gravedad cuántica presenta inestabilidades

El estudio se centró en las amplitudes de dispersión, herramientas matemáticas para predecir resultados de colisiones de partículas. A energías cercanas a la escala de Planck, las predicciones basadas en la relatividad general producen infinitos sin sentido físico.

La teoría de cuerdas evita este problema mediante una propiedad llamada ultrasuavidad, que suaviza las interacciones a altas energías y evita que las ecuaciones diverjan. Los investigadores asumieron esta ultrasuavidad junto con el concepto de “ceros mínimos”, que limita los puntos donde la probabilidad de dispersión se anula.

Con estas hipótesis, demostraron que las soluciones matemáticas reproducen de forma natural las características centrales de la teoría de cuerdas, incluyendo su espectro de partículas y las intensidades de interacción.

¿Cómo surgió esta idea en la física?

Clifford Cheung, profesor en Caltech y coautor del estudio, compara el método bootstrap con resolver un sudoku: partiendo de pocas reglas, se busca la única solución que cumple todas las condiciones. Destaca que esta idea es antigua y que descubrimientos previos, como el espectro de Veneziano y trabajos de Schwarz, siguieron un enfoque similar.

Cheung también reconoce a pioneros como Steven Frautschi y Geoffrey Chew, quienes en los años 60 desarrollaron métodos bootstrap y detectaron indicios tempranos del espectro infinito de partículas vinculado a la teoría de cuerdas.

Hirosi Ooguri, profesor en Caltech, señala que esta idea, antes considerada obsoleta, ahora se revitaliza con mejores herramientas y comprensión, permitiendo traducir hipótesis básicas en propiedades observables de las amplitudes de dispersión.

El estudio, titulado “Strings from almost nothing” y firmado por Clifford Cheung, Grant N. Remmen, Francesco Sciotti y Michele Tarquini, fue aceptado en Physical Review Letters. Contó con apoyo del Departamento de Energía de EE.UU., el Walter Burke Institute for Theoretical Physics, el Leinweber Forum for Theoretical Physics, la beca James Arthur Postdoctoral Fellowship en Nueva York y el programa Next Generation EU.

Además de Cheung y Remmen, participaron Francesco Sciotti del Institut de Física d’Altes Energies en Barcelona y Michele Tarquini, estudiante de posgrado en Caltech.