Edward Witten revisita la teoría de supercuerdas perturbativa

http://lutece.fnal.gov/Talks/EWSB-SSI2012a.pdf

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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