Supergravedad para niños
Supergravedad es una idea en la física teórica que combina dos conceptos muy importantes: la supersimetría y la relatividad general. Imagina que la supersimetría es una regla que dice que cada partícula que conocemos tiene una "pareja" especial. La relatividad general, por otro lado, es la teoría de Albert Einstein que explica cómo funciona la gravedad. Al unir estas dos ideas, la supergravedad nos ayuda a entender mejor el universo y las fuerzas que lo rigen.
Contenido
Gravitones y Gravitinos: Los Mensajeros de la Gravedad
En la física, la gravedad se transmite por una partícula llamada gravitón. Piensa en el gravitón como el "mensajero" de la gravedad. La supersimetría, que es parte de la supergravedad, sugiere que el gravitón debe tener una partícula compañera. Esta partícula se llama gravitino. El gravitino es como el "hermano" del gravitón.
El gravitón tiene un tipo de "giro" o spin de 2, mientras que el gravitino tiene un spin de 3/2. Las teorías de supergravedad son importantes porque son las únicas que pueden describir cómo interactúan las partículas sin masa que tienen un spin de 3/2.
Historia de la Supergravedad: Un Viaje por las Dimensiones
La supergravedad ha tenido una historia muy interesante, con muchas ideas y descubrimientos.
El Inicio: SUGRA en Cuatro Dimensiones
La idea de la supergravedad, a la que a veces se llama SUGRA, fue propuesta por primera vez en 1976. Los científicos Daniel Z. Freedman, Peter van Nieuwenhuizen y Sergio Ferrara la presentaron como una teoría para cuatro dimensiones. Estas cuatro dimensiones son las tres del espacio (largo, ancho, alto) y una del tiempo.
Rápidamente, los científicos se dieron cuenta de que la supergravedad podía aplicarse a muchas más dimensiones. También descubrieron que podía tener un número mayor de "cargas supersimétricas", lo que significa más tipos de supersimetría. Cuando una teoría de supergravedad tiene más de una carga supersimétrica, se le llama supergravedad extendida (SUEGRA).
Algunas teorías de supergravedad en muchas dimensiones pueden "reducirse" a teorías de menos dimensiones. Esto se hace mediante un proceso llamado reducción dimensional. Es como si las dimensiones extra se enrollaran tan pequeñas que no las podemos ver. Un ejemplo famoso es la teoría de Kaluza-Klein, que hace casi un siglo usó una quinta dimensión para explicar el electromagnetismo junto con la gravedad.
mSUGRA: Un Modelo Realista
En 1982, los científicos Ali Chamseddine, Richard Arnowitt y Pran Nath crearon un modelo más realista de supergravedad. Este modelo se conoce como mSUGRA, que significa "supergravedad mínima".
En mSUGRA, la supersimetría se "rompe" de una manera especial, lo que ayuda a explicar cómo las partículas adquieren masa. Este modelo es muy estudiado porque, con solo unos pocos datos iniciales, puede predecir muchos fenómenos en el mundo de las partículas.
La Supergravedad de 11 Dimensiones: Una Candidata a "Teoría del Todo"
Una de las teorías de supergravedad que causó mucha emoción fue la de 11 dimensiones. Se pensó que podría ser una candidata para la "teoría del todo", una teoría que explicaría todas las fuerzas y partículas del universo.
Esta idea se basó en varios puntos:
- Un científico llamado Werner Nahm sugirió que 11 dimensiones era el número máximo para una teoría con un solo gravitón.
- En 1981, Ed Witten mostró que 11 dimensiones eran suficientes para incluir los grupos de simetría del Modelo estándar (la teoría que describe las partículas y fuerzas conocidas).
- En 1978, Eugene Cremmer, Bernard Julia y Joel Scherk encontraron la forma matemática de esta teoría de 11 dimensiones.
- En 1980, Peter G. O. Freund y M. A. Rubin demostraron que las 11 dimensiones podían "compactarse" para dejar solo 4 o 7 dimensiones grandes, lo que podría explicar por qué nuestro universo parece tener 4 dimensiones.
Estos puntos hicieron pensar que la teoría de 11 dimensiones era única y prometedora.
El Fin de una Era y el Surgimiento de las Supercuerdas
La emoción por la supergravedad de 11 dimensiones no duró mucho. Se encontraron problemas, como la dificultad de incluir ciertas partículas o de explicar la masa de los neutrinos. Además, la teoría predecía una constante cosmológica muy grande, lo que no encajaba con lo que observamos.
Algunas de estas dificultades se podían evitar si se pasaba a una teoría de 10 dimensiones que incluyera las supercuerdas. Esto llevó a la "primera revolución de supercuerdas". Los científicos Michael B. Green, John H. Schwarz y David Gross demostraron que solo había tres modelos de supergravedad en 10 dimensiones que eran consistentes.
La Segunda Revolución de Supercuerdas: Un Nuevo Comienzo
A finales de los años 80, la emoción por las teorías de 10 dimensiones también disminuyó. Había demasiadas formas de "compactar" las dimensiones extra, y ninguna parecía encajar perfectamente con el Modelo estándar.
Sin embargo, a principios de los 90, hubo un gran avance conocido como la "segunda revolución de supercuerdas". El científico Joseph Polchinski se dio cuenta de que unos objetos llamados D-branas, que él había descubierto antes, eran muy importantes. Estos objetos ayudaron a entender las teorías de supergravedad de una manera nueva.
Gracias a esto, Edward Witten y otros científicos pudieron demostrar que todas las teorías de supercuerdas eran en realidad diferentes aspectos de una única teoría más grande, a la que llamaron Teoría M. También sugirieron que la teoría de supergravedad de 11 dimensiones, que había sido descartada, era en realidad una parte fundamental de la Teoría M.
Así, la supergravedad volvió a ser muy importante. Ahora se usa para entender mejor la teoría de cuerdas, la Teoría M y cómo se relacionan con nuestro universo de menos dimensiones.
Relación con las Supercuerdas
Algunas teorías de supergravedad de 10 dimensiones se consideran una "aproximación" de las teorías de supercuerdas de 10 dimensiones. Esto significa que la supergravedad describe lo que sucede a bajas energías, mientras que las supercuerdas son una descripción más completa.
La Teoría M de 11 dimensiones también se relaciona con la supergravedad de 11 dimensiones de esta manera. La investigación en supergravedad es muy útil para entender estas teorías más complejas.
Conceptos Clave en Supergravedad
Para entender mejor la supergravedad, es útil conocer algunos conceptos:
- Relatividad General: La teoría de Einstein que explica la gravedad como la curvatura del espacio-tiempo.
- Mecánica cuántica: La rama de la física que estudia el comportamiento de la materia y la energía a escalas muy pequeñas.
- Supervariedad: Un concepto matemático que combina las dimensiones normales con dimensiones "supersimétricas".
- Teoría de cuerdas: Una teoría que propone que las partículas fundamentales no son puntos, sino pequeñas "cuerdas" vibrantes.
- Correspondencia AdS/CFT: Una relación entre teorías de gravedad y teorías de campos cuánticos.
Véase también
En inglés: Supergravity Facts for Kids
