Divulgación Teoría de Cuerdas s

[314Raul271]

Hola buenas tardes, lo primero de todo no soy el mayor experto en el tema puesto que aún no he empezado a estudiarlo al estar en bachiller, pero me estaba interesando por un tema relacionado con la teoría de cuerdas y una relación con el Modelo Estándar que me estaba trayendo de cabeza.
Se sabe que la masa que presentan todas las particulas según nos explica el SM proviene del famoso mecanismo de higgs, pero en un momento dado el campo de higgs tenía un estado nulo, es decir, había una simetría en el campo de higgs que no permitía que las partículas s tuviesen masa, no fue hasta que se produjo la ruputs espontánea de la simetría electrodebil del campo de higgs en el momento en el cual este tomo un valor no-nulo y permitió que las particulas, que pudieran, interaccionaran con el campo y así obtuvieran masa.
Al no saber si lo he explicado de una forma satisfactoria expongo un ejemplo, se imagina al campo de higgs como un sombrero mexicano y en el centro de el se encuentra una pelotita, eso quiere decir que el campo de higgs mantiene la simetría y todas las particulas tienen masa nula, pero a causa de la inflación y la disminución de la temperatura se produjo la ruptura de la simetría, la pelotita se cayó y tomó una dirección dada y ya se comenzó la interacción con el resto de partículas.
La duda es la siguiente ¿Cómo se puede explicar este fenómeno, en el cual se produjo la obtención de masas de las particulas según la teoría de cuerdas o la teoría M, se representa al campo de higgs como una cuerda con alguna característica específica que le permitiera pasar en un momento dado interaccionar con el resto de particulas(que al fin y al cabo no serían más que la representación de la vibración de la cuerda)?
Gracias y un saludo de antemano.

[pod]

La base de la teoría de cuerdas (TdC) consiste en suponer que sólo existe un tipo de objeto en el universo (las cuerdas). Cuando se mira desde lejos, el comportamiento de una cuerda es diferente según cual sea el estado de vibración de dicha cuerda. Esto es más o menos como una cuerda de guitarra, da una nota u otra según como vibre: pues lo mismo, una misma cuerda de la TdC puede representar una u otra partícula (fundamental) según su estado de vibración. El electrón seria un modo de vibración de las cuerdas, el quark up seria otro... y el bosón de Higgs, otro.

A partir de ahí, el mecanismo de Higgs funciona exactamente en cuerdas que en el modelo estándar. Una partícula (ya sea representada como una cuerda en TdC o como un campo en teoría cuántica de campos) no necesita tener ninguna característica especial para poder interactuar con el resto. La particularidad del bosón de Higgs es que tiene un valor esperado en el vacío diferente de cero, y eso que sus términos de interacción "parezcan" términos de masa para otras partículas.

Fíjate que la teoría de cuerdas no necesita el bosón de Higgs para dotar de masa a las partículas. De hecho, dado un modo de vibración de la cuerda siempre es imposible encontrar infinitos modos "similares" que tienen mucha más masa (es el equivalente al concepto de armónico de las ondas en las cuerdas clásicas). El hecho es que sabemos que el bosón de Higgs existe; eso significaría que hay unos cuantos modos de vibración de la cuerda que no tienen masa intrínseca (por llamarla así) y obtienen algo de masa gracias al mecanismo de Higgs. Pero habría un montón (infinito) de partículas que aún no podemos detectar con muchísima más masa, no procedente del mecanismo de Higgs. Uno podría, teóricamente, hacer un acelerador de partículas con suficiente energía para ir a buscar esas partículas; por desgracia, nuestros aceleradores de partículas actuales están muchos ordenes de magnitud por debajo.

[314Raul271]

Entonces la teoría de cuerdas cuando habla de las SUSY se basa en ese pretexto de que estas partículas con una masa tan elevada obtendrían su masa de una forma diferente al mecanismo de higgs(partículas del SM) y podría adquirirla tan sólo por las propiedades intrínsecas de una cuerda, teniendo en cuenta su "tensión" y su longitud?
Entonces se podría decir que por ejemplo la cuerda que al vibrar produciría el neutralino sería la más corta de todas las cuerdas que producen partículas SUSY?
Un saludo y muchas gracias )

[pod]

Entonces la teoría de cuerdas cuando habla de las SUSY se basa en ese pretexto de que estas partículas con una masa tan elevada obtendrían su masa de una forma diferente al mecanismo de higgs(partículas del SM) y podría adquirirla tan sólo por las propiedades intrínsecas de una cuerda, teniendo en cuenta su "tensión" y su longitud?

No sé muy bien por qué sacas a colación la supersimetría ahora; lo que expliqué es válido también en una teoría de cuerdas bosónica sin supersimetría. Dado un modo de vibración, siempre hay infinitos armónicos que tendrían más masa. Está claro que en una cuerda sin SUSY no habría fermiones, y en el modelo estándar hay fermiones, así que sabemos que cualquier teoría de cuerdas que quiera reproducir el modelo estándar debe tener SUSY; pero eso es un tema bastante ortogonal.

De todas formas, ten en cuenta que las partículas supersimétricas no son fundamentalmente diferentes de las "no supersimétricas". Si uno añade SUSY a una teoría (sea de cuerdas o de campos), lo que ocurre es que toda partícula viene en pares, y es posible que nosotros sólo conozcamos a una de las partículas del par. Esto no es la primera vez que ocurre en física; por ejemplo, cuando se introdujo/descubrió la simetría de conjugación de carga se descubrió que todas las partículas deben venir por parejas: por ejemplo, la "pareja" del electrón se llamó positrón. La gente suele decir que el positrón es la antipartícula del electrón (y a partir de ahí hablar de antimateria); pero es igualmente válido decir que el electrón es la antipartícula del positrón. No hay un criterio fundamental para decir que una de las partículas del par es "antimateria" y la otra "materia normal". El único criterio es que en nuestro entorno hay más electrones que positrones, pero eso no es un criterio fundamental.

Pues pasaría lo mismo con la SUSY: la nueva simetría nos dice que debe haber una nueva "pareja" del electrón, que llamamos selectrón. De la misma forma, tendriamos el spositrón como pareja del positrón. De nuevo, no hay un criterio fundamental para decir que el electrón es la partícula normal y el selectrón la partícula superimétrica. El único criterio es de tipo ambiental: en nuestro entorno hay más electrones que selectrones.

Dicho eso, no creo que la palabra "pretexto" sea adecuada. Es totalmente seguro que uno no puede tener esperanzas de encontrar una partícula en el acelerador hasta que consigue acelerar los haces hasta una energía adecuadamente alta para producir esa partícula. No pudimos encontrar el quark top hasta que el acelerador Tevatron llegó hasta cierta energía. No pudimos encontrar el bosón de Higgs hasta que el LHC llegó hasta cierta energía. Es totalmente seguro que existen infinitas partículas que no conocemos porque no tenemos energía para producirlas. Luego, si esas partículas son las que predice SUSY, o las que predice la teoría de cuerdas, eso no lo podemos saber de momento... pero que existen más partículas, fundamentales o no, eso no creo que nadie lo duda.

Entonces se podría decir que por ejemplo la cuerda que al vibrar produciría el neutralino sería la más corta de todas las cuerdas que producen partículas SUSY?
Un saludo y muchas gracias )

Hasta donde yo sé, el neutralino no es una partícula fundamental en el modelo estándar ampliado con supersimetría, sino que es una mezcla de diversas partículas superimétricas. En ese sentido, habría un modo de vibración del a cuerda correspondiente al neutralino, sino que para que una cuerda represente un neutralino debería estar en un estado de vibración que superpone diversos modos. Con la analogía con la cuerda de guitarra, el neutralino no seria una nota, sino un acorde.

[carroza]

Es totalmente seguro que existen infinitas partículas que no conocemos porque no tenemos energía para producirlas. Luego, si esas partículas son las que predice SUSY, o las que predice la teoría de cuerdas, eso no lo podemos saber de momento... pero que existen más partículas, fundamentales o no, eso no creo que nadie lo duda.

No sé si esa afirmación es un poco extrema. Sobre todo, teniendo en cuenta el éxito que tiene el modelo estándar en explicar todas las medidas que salen del LHC.

Saludos

[pod]

No sé si esa afirmación es un poco extrema. Sobre todo, teniendo en cuenta el éxito que tiene el modelo estándar en explicar todas las medidas que salen del LHC.

Saludos

Yo creo que no, teniendo en cuenta que la afirmación tiene en cuenta la posibilidad de que esas partículas que no conocemos sean "fundamentales o no". El propio modelo estándar sin extensiones probablemente ya contiene infinitas partículas compuestas (todos los hadrones exóticos, glueballs, etc.). Con generosidad en definición de partícula podríamos añadir resonancias, átomos/isótopos, moléculas, etc.

[carroza]

Bueno, con generosidad en la definición de partículas, seguro que existen coronavirus que sin duda no conocemos. Un saludo, de partícula a partícula.

[pod]

¿Falacia del hombre de paja?

[carroza]

Digamos que me has puesto muy fácil continuar la secuencia de resonancias, atomos, moléculas, etc, en tono humorístico. Pero cuando quieras volvemos a la cuestión de la existencia de las particulas tipo SUSY/Teoria de cuerdas.