¿Puede el LHC probar la teoría de cuerdas?

Cuando el Gran Colisionador de Hadrones se encendió por primera vez en 2008, había aparentemente infinitas posibilidades, e ideas, de lo que podría encontrar. Tal vez detectaría el escurridizo bosón de Higgs , lo que ayudaría a los científicos a confirmar cómo otras partículas ganan masa. Tal vez descubriría una gran cantidad de nuevas partículas que darían a los físicos no solo la confirmación de la supersimetría, sino también una bonanza de nueva ciencia para estudiar. Tal vez crearía un nuevo universo donde estaba bien comer Cheetos en la cena y los protones parecían Froot Loops.

Algunas de estas posibilidades eran más probables que otras. Y algunos de ellos (ejem) no estaban, de hecho, dentro del alcance del LHC. Si bien los detractores predijeron que los mini Big Bangs del LHC crearían agujeros negros que destruirían el mundo y se comerían el universo como tantos Cheetos para la cena, la verdad es que no había muchas teorías que el LHC pudiera probar o refutar.

Y en términos de ese alcance: no, el LHC no probará la teoría de cuerdas, pero podría proporcionar evidencia para respaldar ideas que son fundamentales para la teoría de cuerdas.

Piénselo de esta manera: estoy caminando y veo un túnel. Creo que ese túnel podría tener algún tipo de riachuelo atravesándolo, así que lanzo una pelota y veo qué sucede cuando sale por el otro lado. Si la pelota sale empapada, podría decir que apoya totalmente mi teoría de que el túnel contenía un arroyo. Pero alguien más podría decir que apoya la teoría de que hay un rociador en el túnel. Otro más podría decir que en realidad está lloviendo en el túnel, y una pelota mojada es justo lo que se necesita para probarlo.

Lo único que podemos decir con certeza es que la bola mojada respalda todas esas teorías, y tal vez descarte la teoría de que el túnel está totalmente seco. En el LHC, físicos con ideas muy dispares buscan afirmaciones de "la pelota está mojada" para apoyar, o refutar, teorías sobre cómo funcionan las partículas (y el universo). Una de esas teorías es la teoría de cuerdas.

La teoría de cuerdas básicamente dice que las partículas están compuestas de energías que se asemejan a cuerdas vibrantes. Las vibraciones distintivas de las cuerdas crean todas las diferentes partículas y fuerzas. Entonces, fundamentalmente, toda la materia y las fuerzas en el universo están hechas de estas cuerdas vibrantes [fuente: Greene ]. Pero aquí hay un hecho divertido: la teoría de cuerdas no se convierte realmente en una teoría unificadora, una que pueda explicar la creación de cada fuerza y ​​partícula en el universo, a menos que resulte que el universo también tiene más de tres dimensiones. Lo cual, ya sabes, es difícil conseguir que muchos físicos le den la mano.

Y por una buena razón. Al no ser Hogwarts, no podemos simplemente aparecernos en otra dimensión para verificar si realmente está allí. Solo podemos mirar alrededor y ver tres dimensiones observables frente a nosotros. Pero es posible que puedas convencerte a ti mismo de creerlo si piensas en las dimensiones como muy, muy pequeñas... tal vez son demasiado pequeñas para verlas.

Eso crea un problema: si las dimensiones necesarias son demasiado pequeñas para verlas, ¿cómo diablos podemos esperar observar, o incluso probar una hipótesis sobre la teoría de cuerdas?

Ahí es donde entra en juego el LHC. Se están dando vueltas algunas ideas para probar algunas de las características de la teoría de cuerdas. Uno es bastante sencillo: el modelo más simple de la teoría de cuerdas predice la existencia de partículas superparejas. Básicamente, estos son compañeros mucho más pesados ​​de los quarks y leptones del modelo estándar que los físicos ya han observado, y unirían fuerza y ​​materia. Los físicos esperaban encontrar supercompañeros en la misma masa que el Higgs, pero aún no lo han hecho. Entonces, el LHC está haciendo todo lo posible para tratar de encontrar esas partículas supercompañeras, tanto en sus últimas colisiones de protones como en futuros experimentos a energías aún más altas. La "bola mojada" en este caso, partículas supercompañeras, también apoyaría la teoría de las supersimetrías, que está conectada con la teoría de cuerdas, pero separada de ella.

El LHC también puede lanzarse a la caza de esas diminutas dimensiones que tendrían que existir para que la teoría de cuerdas funcione como una teoría unificada. Si esas dimensiones existen, prácticamente estaríamos nadando en ellas. LHC puede juntar protones para producir nuevas partículas, tal como lo ha estado haciendo. Al sumar la energía de las partículas formadas en las colisiones y restarla de la energía de las partículas antes de la colisión, podemos saber si parte de la energía es MIA. Si es así, entonces podríamos decir: "Oye, no sabemos a dónde fue esa energía, pero tal vez esté en otra dimensión".

Esta vez, la bola mojada es la diferencia de energía antes y después de la colisión. Nuevamente, esto no sería "probar" la teoría de cuerdas o incluso dimensiones adicionales. Pero sería un descubrimiento científico el que apoyaría algunas de las cosas necesarias para que la teoría de cuerdas funcione.

Lo que no podemos predecir es si la teoría de cuerdas madurará hasta convertirse en una hipótesis científica que podamos probar u observar. En este momento, una de las razones por las que es tan controvertido es que muchos físicos no creen que sea posible probarlo y, lo que es más importante, no creen que sea posible demostrar que es falso. Algunos en la comunidad de físicos se sienten cómodos diciendo que la teoría de cuerdas es directa, no falsable [fuente: Nature Physics ]. (Eso significa que debe poder refutar la hipótesis, no solo confirmarla).

Entonces, aunque podemos estar razonablemente seguros de que no, el LHC no va a probar que la teoría de cuerdas es cierta usando colisiones de protones, los físicos podrían encontrar alguna evidencia que no demuestre que es incorrecta.

Nota del autor: ¿Puede el LHC probar la teoría de cuerdas?

Escucha, estoy tan aterrorizado como cualquiera que diga que la teoría de cuerdas es buena o mala. Los físicos están locos por eso, en ambos lados de la moneda. Para obtener más información sobre la teoría de cuerdas o la controversia que la rodea, consulte las fuentes para leer más.

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