Edward Witten revisita la teoría de supercuerdas perturbativa en Strings 2012

Me gusta esta figura porque muestra muy claramente lo que conocemos en física de partículas, lo que esperamos explorar en las próximas décadas, y lo que creemos conocer, aunque nunca llegaremos a explorar de forma directa. La partícula con más masa conocida tiene menos de 200 GeV y todavía se sigue explorando entre 10 a 200 GeV en busca de nuevas partículas. Basta recordar que se acaba de descubrir una partícula con 125 GeV de masa, el bosón de Higgs, y que muchos físicos creen que la partícula responsable de la materia oscura tiene una masa en este rango. El LHC y sus sucesores en las próximas décadas explorarán las energías entre 100 y 5000 GeV (difícilmente podrán llegar más lejos). Sin embargo, hay un desierto hasta energías de 10 000 000 000 GeV (la escala de Planck) que no hemos explorado, que no podremos explorar en el siglo XXI y del que no conocemos absolutamente nada, aunque imaginamos muchas cosas.

Imaginamos que no hay nada hasta energías de unos 1000 000 GeV, el llamado desierto. Imaginamos que a dicha energía se unifican las tres interacciones del modelo estándar en una única interacción común, a veces llamada superfuerza. Imaginamos que la gravedad se unifica con esta superfuerza a una energía mayor, quizás cercana a la de Planck, donde imaginamos que domina la gravedad cuántica (quizás una teoría de cuerdas). Imaginamos muchas cosas  y utilizamos unas herramientas matemáticas muy complicadas para darle cuartelillo a nuestra imaginación, pero realmente no sabemos nada sobre estas escalas de energía.

¿Qué misterios ocultará la escala que podemos explorar con el LHC? ¿Qué misterios ocultará la escala de los 1000 GeV (1 TeV)? ¿Qué misterios ocultará la naturaleza en el desierto, hasta energías del orden de 1000 000 GeV, la gran unificación? ¡Qué poco sabemos y cuánta gente habla de ello como si lo supiéramos! ¡Cómo nos gusta hablar de lo que nunca llegaremos a explorar de forma directa con los experimentos!

Aún así, me encantan las conferencias Strings. Algunas charlas son muy técnicas, pero otras no tanto. Hoy destacará dos charlas de Edward Witten, una divulgativa y otra técnica, aunque no tan técnica como nos tiene acostumbrado en otras ocasiones.

La divulgativa es Edward Witten (IAS), “String Theory And The Universe,” Strings 2012, July 28, 2012 [slides] [vídeo flash]. No sé si alguna vez has visto una charla de Witten en directo o vía web, pero su costumbre es rellenar las transparencias con el texto de lo que va diciendo. No lee el texto, pero tiene bien preparada la charla y recita algo muy parecido a lo que está escrito. Por ello, ver sus transparencias, cuando no hay vídeo, nos permite seguir muy bien lo que ha contado. En esta charla el lenguaje es sencillo, muy sencillo. Nos repasa todo lo que sabemos sobre el universo y qué papel podría jugar la teoría de cuerdas en todo ello. Para los físicos, la charla no aporta nada nuevo. Pero como está dirigida a un público general quizás muchos lectores de este blog la disfrutarán.

La más técnica, solo para físicos, es Edward Witten (IAS), “Superstring Perturbation Theory Revisited,” Strings 2012, July 24, 2012 [slides] [vídeo flash]. Esta charla nos retrotrae a la historia de la teoría de cuerdas en los 1980. En lugar de discutir el límite ultravioleta (para distancias muy cortas) de la teoría de cuerdas, que no presenta divergencias (ultravioletas), aunque nadie lo entiende salvo a nivel cualitativo, se centra en el límite infrarrojo (para distancias grandes), que corresponde a una teoría cuántica de campos (QFT) a baja energía con las mismas partículas (sin masa) e interacciones. En el límite infrarrojo es más difícil hacer perturbaciones en teoría de (super)cuerdas que en teoría de campos supersimétricos y Witten repasa los avances que hubo en este tema alrededor de 1986.

Lo más curioso de esta charla es que me da la sensación que Witten cree que los jóvenes teóricos de cuerdas han olvidado que los grandes avances de finales de los 1980 no resolvieron todos los problemas de la teoría de (super)cuerdas perturbativa. Hay aún muchos cabos sueltos en ciertos aspectos técnicos de la teoría de cuerdas que no se pudieron resolver entonces, pero los más jóvenes prefieren dedicarse a temas de mayor actualidad. Creo que, aunque no lo hace de forma explícita, Witten recomienda en esta charla a los jóvenes teóricos trabajar en estos asuntos pues muchas cosas que ya se deberían dominar en detalle aún pueden reservar sorpresas. Porque en teoría de cuerdas también hay muchas cosas que imaginamos que conocemos bien, pero solo lo imaginamos.

No voy a resumir su charla, solo haré un breve comentario. La teoría de perturbaciones tiene dos límites bien diferenciados, el ultravioleta (distancias cortas y energías altas) y el infrarrojo (distancias grandes y energías bajas). La teoría cuántica de campos perturbativa tiene un límite infrarrojo bien definido (verificado por los experimentos) y su límite ultravioleta aún causa dificultades, que los expertos evitan suponiendo que la teoría es “efectiva” y que en dicho régimen será substituida por una teoría más fundamental (como la teoría de cuerdas). Por el contrario, la teoría de cuerdas perturbativa tiene un límite ultravioleta bien definido (sin infinitos), pero su límite infrarrojo presenta enormes dificultades asociadas al problema del landscape porque la teoría puede predecir a baja energía cualquier cosa. Uno de los grandes problemas de la teoría de cuerdas es ligar en detalle el límite ultravioleta de la teoría cuántica de campos con el infrarrojo de la teoría de cuerdas. Muchos físicos jóvenes creen que este asunto ya está resuelto, que casi es trivial, pues se hicieron grandes avances a finales de los 1980, pero lo que Witten les recuerda en su charla es que no deben engañarse.

Nos encanta llenarnos la boca con las palabras “teoría no perturbativa” tanto en teoría de cuerdas como en teoría cuántica de campos, pero hay muy poco que se sepa sobre el comportamiento de estas teorías que no se puede modelar con teoría de perturbaciones. Se habla tanto del régimen no perturbativo de estas teorías que un lego puede creer que ha habido grandes avances en este régimen en las últimas décadas, pero la verdad es que los avances han sido más bien pobres, aunque han costado tanto que presumimos de ellos a dos carrillos.

Cualquier teórico de cuerdas que lea esto me dirá que estoy completamente equivocado. Y lo reconozco, lo estoy, pero le recomiendo ver el vídeo de la charla del gran gurú de la teoría de cuerdas.

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18 pensamientos en “Edward Witten revisita la teoría de supercuerdas perturbativa en Strings 2012

  1. ¿Dónde están las partículas supersimétricas? O soy el único que no las veo :-D

    • El Cid, no eres el único, mucha gente las busca pero aún nadie las ha encontrado. Quizás algún día, o quizás nunca.

    • El problema es encontrar gauginos y winos. Los otros, los escalares, desde hace años tengo entre ceja y ceja que no han estado siempre delante de nuestras narices: mesones y diquarks. Lo de que haya justo seis mesones con carga negativa se me hace mucha coincidencia.

  2. Gracias por esta figura Francis, para los que no somos físicos, o al menos para mí, todo lo de los bariones, leptones y demás no deja de ser un poco complicado por más que lo vea explicado en cuadros y esquemas. Esta figura es muy explicativa de un sólo vistazo. Por cierto, ¿cuál es la razón de que no haya ninguna partícula entre el neutrino y el electrón?

    • Daniel, nadie lo sabe. Igual que nadie sabe por qué las partículas tienen las masas que tienen. La opinión más común es que se trata de un accidente en la ruptura de la simetría de gran unificación en la escala GUT, es decir, es así y no sabemos por qué.

  3. atención a la primera pregunta que le hacen tras la charla. Una pregunta con mala leche sobre lo que muchos piensan: Witten y otros lideran un movimiento teórico que quizás no sea cierto y esté llevando a los jóvenes investigadores a arruinar sus carreras. Witten está molesto con la pregunta, y responde con las virtudes de la teoria de cuerdas, aunque todos sabemos que tiene muchos más defectos. Aún así, uno siempre elige en lo que quiere investigar, aunque al final parece que si te metes en teórica y eres ambicioso, debes hacer cuerdas. ¿ Qué opináis ?… yo estoy terminando mi doctorado en Cuerdas y confieso que no soy experto en la teoría. Creo que nadie lo es, hay cientos de papers y parece que existen miles de posibles resultados, warpings, manifolds, orientifolds, braneworlds…. ¿no parece a veces que se está haciendo cada vez más imposible echar abajo esta complicada teoría y dar con una más sencilla?. Al menos es mi sensación, que la teoría de cuerdas es ideal para producir papers, para la gran mayoría. La gente que conozco de cuerdas, solo sabe de aquello que ha estudiado dentro de la teoría, de otros aspectos no. El que sabe de dualidades, no sabe sobre moduli, el que hace fenomenología no sabe sobre conifolds…. la pregunta que le hacen a Witten no me parece nada trivial, y me pareció feo que quisieran callar a este hombre tan rápido.

    • Marco, tú sabes mucho más de teoría de cuerdas que yo y habrás hablado con muchos expertos, así que tu opinión estará mucho mejor formada que la mía.

      Si aún así, quieres mi opinión, ya la he comentado en varias ocasiones en este blog. Yo creo que las herramientas de la teoría de cuerdas (ST) son muy interesantes en QFT, CMP y otras ramas de la física. Los expertos en ST podéis aplicar estas herramientas en dichos campos y obtendréis resultados muy útiles y muy interesantes, con toda seguridad. La ST será materia de estudio obligado para todo físico teórico dentro de unas décadas, sin lugar a dudas, como es la QFT.

      Sin embargo, yo creo que el sueño de encontrar una teoría cuántica de la gravedad sin datos experimentales es una utopía y no creo que ST ofrezca una vía para alcanzar dicha utopía. La única posibilidad son los datos cosmológicos y por ahora se pueden acomodar en muchos marcos teóricos. No hay ningún resultado experimental que yo pueda imaginar para las próximas décadas que necesite una teoría preinflacionaria. Por supuesto, podría haber alguna sorpresa.

      • La teoría de cuerdas no es una panacea, está quedando claro. Aunque tampoco lo eran las teorías gauge hace 50 años, y por eso se estudiaba, como los teóricos de cuerdas saben, aunque quizás no los más jóvenes en general, la teoría de la matriz S. Curiosamente se ha olvidado el origen de la teoría de cuerdas como una teoría de interacciones fuertes, y si no tienes tiempo o interés, mucha gente lo desconoce.
        Personalmente, mi opinión es bastante similar a la de Francis. De hecho, yo estudiaba cuerdas en la licenciatura en mis ratos libres. Lo cierto es que eso me llevó a aburrirme bastante en el Máster en la asignatura de Uranga, pero creo que fue divertido en general, dado la paliza que suponía ir a Mordor desde mi trabajo, luego a casa, …E hice todas las asignaturas salvo los seminarios el primer año de Máster, …
        El problema de la teoría de cuerdas es su gran virtud: explican todo y nada. Explican el espectro de partículas, pero NO dan una respuesta a por qué las masas son las que son. Tampoco explica por qué la velocidad de la luz es 300000 km/s, por qué la carga eléctrica vale lo que vale, o tampoco por qué vemos 3 generaciones ligeras. Cuando uno es joven, lo ve con otros ojos. En estos momentos, está claro que hay que empezar a tener alternativas. Que es sano, por una parte, y además porque además el tema de la supersimetría está cada vez más chungo.

    • Este lio lo han creado por intentar resolver de un plumazo gravedad (y cosmologia si cuela) y particulas. Al meter la escala de Planck casi cualquier cosa vale porque hay mucho espacio para romper simetrias hasta que uno llega a la escala electrodebil. Con la teoria de cuerdas inicial, la de antes del 74, tenias que justificarlo todo en la escala de aceleradores. Eso te da menos juego, pero esta el milagroso hecho de que el modelo estandar se parece muchisimo a una simetria de dimensiones extras en un espacio con un total de D entre 9 y 11… Esto fue publicado por Witten dos años antes de comenzar a publicar sobre cuerdas, y es posiblemente la “evidencia” mas desaprovechada de toda la teoria, hasta el punto de que muchos cuerderos lo desconocen y, sin haberlo leido, piensan lo contrario, que aquel articulo fue un no-go theorem que llevo a Witten a abandonar las simetrias gauge en Kaluza Klein.

      • Exacto Francis :-) Ese articulo genero una microrevolución y no contiene en realidad ningun non-go, sino el descubrimiento del grupo gauge del modelo standard en KK y luego varias sugerencias para buscar de donde sacar las cargas y representaciones. De esto, la mejor pista la dieron Bailin y Love unos años despues, cuando todos se habian pasado a cuerdas: hay que construir las repreentaciones en D=12, con una “dimension extra” que no tiene por que ser gauge, o puede romperse de otra manera. El resultado es, en mi opinion, equivalente a decir que para poner las cargas correctas la teoria tiene que incluir un U(1) B-L.
        Lo dicho: seria interesante saber cuantos cuerderos han leido el paper. Hace cuatro dias, Motl “demostraba” que era imposible tener SU(3)xSU(2)xU(1) en menos de ocho dimensiones extra, y terminaba diciendo que “seguramente el minimo es incluso superior”.

  4. Hola Francis, tengo una pregunta básica hecha desde mi ignorancia sobre estos temas: ¿por qué para “ver” las partículas super-simétricas se necesitaría “crearlas” en un acelerador de partículas? ¿No existen en la naturaleza de la misma manera que los electrones o los protones? Gracias!

    • Preguntón, lo primero, no sabemos si existen están partículas pues nadie ha observado ninguna.

      Lo segundo, hay una propiedad llamada “paridad R” que distingue las partículas supersimétrica (la spartícula tiene R=-1 y la partícula del modelo estándar tiene R=+1). Si la propiedad R es conservada de forma exacta, la partícula supersimétrica de menor masa es estable (tanto como el electrón) por lo que existe en la Naturaleza como el electrón y sería la partícula responsable de la materia oscura. Esta partícula se puede “ver” y eso es lo que están buscando los detectores directos de materia oscura (la famosa partícula WIMP). Si la conservación de la paridad R se viola, dicha spartícula será metaestable y “verla” directamente será mucho más difícil, todo depende de cuánto se viole y de la vida media que tenga. Sabemos que la supersimetría está rota, no vemos spartículas por doquier, y dicha rotura puede preservar la paridad R o no hacerlo.

      Y lo tercero, por tanto, no es necesario “crear” las spartículas en los aceleradores de partículas, donde de hecho no se pueden “ver” (solo se puede observar un pérdida de energía en ciertas desintegraciones que se interpreta como una spartícula).

  5. ¡¡Menudo flipao!!. Usease que según esta tabla, la velocidad de la luz es igual a la exponencial de una función de la propia velocidad de la luz. A ver, Albert, confiesa … tú mismo, desde distintos ordenadores, has entrado en este comentario para hacer click en eso de los dedos hacia arriba.

    • Vamos Albert, no te molestes. Cada uno hace la física que quiere y tu tabla, con todos esos \begin{math} …\end{math} es todo un curro. Por otro lado, en 29 horas, de 3 vs. 3; hemos pasado a 14 (personas que aprecian tu comentario) frente a 3 (que lo despreciamos). Esto no acaba de convencerme. Dejaré que pasen 24 horas más y si llegan a contabilizarse en 20 las personas que aprecian tu comentario me daré por convencido.

  6. c es función de N, N es función exponencial de alpha, y alpha es función de c. Creo que se refiere a eso. De todas formas, estoy con el en lo de los positivos, se nota mucho el súbito incremento de positivos en todos tus comentarios, que mal la verdad, no lo hagas.

  7. Es sólo una opinión.
    Pues parece que en términos generales el conocimiento se cocina de lo particular a lo general, regresando a lo particular para elevarse a lo general de nuevo, de esta forma, se van solucionando los problemas en los diferentes temas y dando las demostraciones debidas; hasta que hay tantas demostraciones en lo particular que algunos talentosos
    podrán hacer una unificación en lo general y resolver las teorías generales de la ciencia; al menos es lo que he visto u observado. Conclusión, entre mas soluciones particulares haya, más cercanas estarán en el tiempo, las soluciones a las teorías generales de la ciencia. Evidentemente los talentosos, prefieren digerir, información cierta, bien definida y demostrada a divagar y perder el tiempo en demostrar la falsedad de algo.

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