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Física más allá del Modelo Estándar

La física más allá del Modelo Estándar ( BSM ) son los desarrollos teóricos necesarios para explicar las deficiencias del Modelo Estándar , como la incapacidad de explicar los p...

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La física más allá del Modelo Estándar ( BSM ) son los desarrollos teóricos necesarios para explicar las deficiencias del Modelo Estándar , como la incapacidad de explicar los parámetros fundamentales del Modelo Estándar, el problema CP fuerte , las oscilaciones de neutrinos , la asimetría materia-antimateria y la naturaleza de la materia oscura y la energía oscura . [ 1 ] Otro problema reside dentro del marco matemático del propio Modelo Estándar: el Modelo Estándar es inconsistente con el de la relatividad general , y una o ambas teorías fallan bajo ciertas condiciones, como singularidades del espaciotiempo como el Big Bang y horizontes de eventos de agujeros negros .

Las teorías que van más allá del Modelo Estándar incluyen diversas extensiones del modelo estándar a través de la supersimetría , como el Modelo Estándar Supersimétrico Mínimo (MSSM) y el Modelo Estándar Supersimétrico Siguiente al Mínimo (NMSSM), y explicaciones completamente novedosas, como la teoría de cuerdas , la teoría M y las dimensiones extra . Dado que estas teorías tienden a reproducir la totalidad de los fenómenos actuales, la cuestión de cuál es la teoría correcta, o al menos el "mejor paso" hacia una Teoría del Todo , solo puede resolverse mediante experimentos, y es una de las áreas de investigación más activas tanto en física teórica como experimental . [ 2 ]

Problemas con el modelo estándar

A pesar de ser la teoría más exitosa de la física de partículas hasta la fecha, el Modelo Estándar no es perfecto. [ 3 ] Una gran parte de la producción publicada por los físicos teóricos consiste en propuestas para diversas formas de nuevas propuestas de física "Más allá del Modelo Estándar" que modificarían el Modelo Estándar de maneras lo suficientemente sutiles como para ser consistentes con los datos existentes, pero que a la vez abordarían sus imperfecciones de manera lo suficientemente sustancial como para predecir resultados no conformes con el Modelo Estándar de nuevos experimentos que se puedan proponer.

El modelo estándar de partículas elementales + gravitón hipotético

Fenómenos no explicados

El Modelo Estándar es, por naturaleza, una teoría incompleta. Existen fenómenos físicos fundamentales en la naturaleza que el Modelo Estándar no explica adecuadamente:

  • Gravedad . El modelo estándar no explica la gravedad. El enfoque de simplemente añadir un gravitón al modelo estándar no reproduce lo que se observa experimentalmente sin otras modificaciones, aún por descubrir, al modelo estándar. Además, el modelo estándar se considera ampliamente incompatible con la teoría de la gravedad más exitosa hasta la fecha, la relatividad general . [ 4 ] [ b ] [ 5 ] [ a ]
  • Materia oscura . Suponiendo que la relatividad general y el modelo Lambda CDM sean ciertos, las observaciones cosmológicas muestran que el Modelo Estándar explica aproximadamente el 5% de la masa-energía presente en el universo. Alrededor del 26% debería ser materia oscura (el 69% restante sería energía oscura), la cual se comportaría igual que la materia común, pero que interactuaría débilmente (si acaso) con los campos del Modelo Estándar. Sin embargo, el Modelo Estándar no proporciona ninguna partícula fundamental que sea una buena candidata a materia oscura.
  • Energía oscura . Como se mencionó, el 69% restante de la energía del universo debería consistir en la llamada energía oscura, una densidad de energía constante para el vacío. Los intentos de explicar la energía oscura en términos de la energía del vacío del modelo estándar conducen a una discrepancia de 120 órdenes de magnitud. [ 6 ]
  • Oscilaciones de neutrinos . Según el Modelo Estándar, los neutrinos no oscilan. Sin embargo, experimentos y observaciones astronómicas han demostrado que sí ocurren oscilaciones de neutrinos . Estas se explican generalmente postulando que los neutrinos tienen masa. En el Modelo Estándar, los neutrinos no tienen masa, y se pueden añadir términos de masa para los neutrinos manualmente, pero esto genera nuevos problemas teóricos. Por ejemplo, los términos de masa deben ser extraordinariamente pequeños y no está claro si las masas de los neutrinos surgirían de la misma manera que las masas de otras partículas fundamentales en el Modelo Estándar. También existen otras extensiones del Modelo Estándar para las oscilaciones de neutrinos que no asumen neutrinos masivos, como las oscilaciones de neutrinos que violan la simetría de Lorentz .
  • Asimetría materia-antimateria . El universo está compuesto principalmente de materia. Sin embargo, el Modelo Estándar predice que la materia y la antimateria deberían haberse creado en cantidades (casi) iguales si las condiciones iniciales del universo no hubieran implicado una desproporción entre materia y antimateria. El Modelo Estándar puede incorporar la bariogénesis a través de esfalerones en un desequilibrio termodinámico durante el universo temprano, aunque la cantidad neta de bariones (y leptones) así creados podría no ser suficiente para explicar la asimetría bariónica actual. Por lo tanto, podría no existir ningún mecanismo en el Modelo Estándar que explique suficientemente esta asimetría. [ 7 ]

Resultados experimentales no explicados

Ningún resultado experimental se acepta como una contradicción definitiva del Modelo Estándar al nivel de 5σ , [ 8 ] ampliamente considerado como el umbral de un descubrimiento en física de partículas. Debido a que cada experimento contiene cierto grado de incertidumbre estadística y sistémica, y las predicciones teóricas mismas casi nunca se calculan con exactitud y están sujetas a incertidumbres en las mediciones de las constantes fundamentales del Modelo Estándar (algunas de las cuales son minúsculas y otras sustanciales), es de esperar que algunos de los cientos de pruebas experimentales del Modelo Estándar se desvíen de él en cierta medida, incluso si no hubiera nueva física por descubrir.

En cualquier momento dado, existen varios resultados experimentales que difieren significativamente de las predicciones basadas en el Modelo Estándar. Anteriormente, se había descubierto que muchas de estas discrepancias eran meras casualidades estadísticas o errores experimentales que desaparecían al recopilar más datos o al realizar los mismos experimentos con mayor rigor. Por otro lado, cualquier fenómeno físico que vaya más allá del Modelo Estándar se manifestaría necesariamente, en primer lugar, en los experimentos como una diferencia estadísticamente significativa entre un experimento y la predicción teórica. La tarea consiste en determinar cuál de estos casos se da.

En cada caso, los físicos buscan determinar si un resultado es simplemente una casualidad estadística o un error experimental, por un lado, o un indicio de nueva física, por otro. Los resultados estadísticamente más significativos no pueden ser meras casualidades, sino que pueden deberse a errores experimentales o a estimaciones inexactas de la precisión experimental. Con frecuencia, los experimentos se diseñan para ser más sensibles a los resultados experimentales que permitirían distinguir el Modelo Estándar de las alternativas teóricas.

Algunos de los ejemplos más notables incluyen los siguientes:

  • Desintegración del mesón B, etc .: los resultados de un experimento BaBar pueden sugerir un excedente sobre las predicciones del Modelo Estándar de un tipo de desintegración de partículas ( B  →  D (*)  τ − ν τ )  . En esto, un electrón y un positrón colisionan, resultando en un mesón B y un mesón B de antimateria , que luego se desintegra en un mesón D y un leptón tau, así como un antineutrino tau . Si bien el nivel de certeza del exceso (3.4 σ en jerga estadística) no es suficiente para declarar una ruptura del Modelo Estándar, los resultados son una señal potencial de que algo anda mal y es probable que afecten las teorías existentes, incluidas aquellas que intentan deducir las propiedades de los bosones de Higgs. [ 9 ] En 2015, LHCb informó observar un exceso de 2.1 σ en la misma proporción de fracciones de ramificación. [ 10 ] El experimento Belle también informó un exceso. [ 11 ] En 2017, un metaanálisis de todos los datos disponibles informó una desviación acumulativa de 5 σ con respecto a SM. [ 12 ]   
  • El enigma de la vida media de los neutrones : los neutrones libres no son estables, sino que se desintegran después de un tiempo. Actualmente existen dos métodos para medir esta vida media ("botella" frente a "haz" [ 13 ] [ c ] ) que dan valores diferentes que no se encuentran dentro del margen de error del otro. Actualmente, la vida media del método de la botella es deτnorte=877,75s{\displaystyle \tau _{n}=877,75s}[ 14 ] [ 15 ] con una diferencia de 10 segundos por debajo del valor del método del haz deτnorte=887.7s{\displaystyle \tau _{n}=887.7s}[ 16 ] [ 17 ] Este problema puede resolverse teniendo en cuenta la dispersión de neutrones, que disminuye la vida útil de los neutrones involucrados. Este error se produce en el método de la botella y el efecto depende de la forma de la botella; por lo tanto, podría tratarse de un error sistemático exclusivo del método de la botella . [ 18 ]

Predicciones teóricas no observadas

Se ha confirmado la observación en colisionadores de partículas de todas las partículas fundamentales predichas por el Modelo Estándar. El bosón de Higgs está predicho por la explicación del mecanismo de Higgs del Modelo Estándar , que describe cómo se rompe la simetría de gauge SU(2) débil y cómo las partículas fundamentales adquieren masa; fue la última partícula predicha por el Modelo Estándar en ser observada. El 4 de julio de 2012, científicos del CERN que utilizaban el Gran Colisionador de Hadrones anunciaron el descubrimiento de una partícula consistente con el bosón de Higgs, con una masa de aproximadamente126 GeV/ c² .  Se confirmó la existencia de un bosón de Higgs el 14 de marzo de 2013, aunque continúan los esfuerzos para confirmar que posee todas las propiedades predichas por el Modelo Estándar. [ 19 ]

Algunos hadrones (es decir, partículas compuestas de quarks ) cuya existencia predice el Modelo Estándar, que solo pueden producirse a energías muy altas y frecuencias muy bajas, aún no se han observado de forma definitiva, y las " gluones " [ 20 ] (es decir, partículas compuestas de gluones ) tampoco se han observado de forma definitiva. Algunas desintegraciones de partículas de muy baja frecuencia predichas por el Modelo Estándar tampoco se han observado de forma definitiva debido a la insuficiencia de datos disponibles para realizar una observación estadísticamente significativa.

Relaciones inexplicables

  • Fórmula de Koide : una ecuación empírica sin explicación mencionada por Yoshio Koide en 1981 y posteriormente por otros. [ 21 ] [ 22 ] [ 23 ] [ 24 ] Relaciona las masas de los tres leptones cargados :Q=metromi+metroμ+metroτ(metromi+metroμ+metroτ)2=0,666661(7)≈23{\displaystyle Q={\frac {m_{e}+m_{\mu }+m_{\tau }}{{\big (}{\sqrt {m_{e}}}+{\sqrt {m_{\mu }}}+{\sqrt {m_{\tau }}}{\big )}^{2}}}=0.666661(7)\approx {\frac {2}{3}}}El Modelo Estándar no predice las masas de los leptones (son parámetros libres de la teoría). Sin embargo, el hecho de que el valor de la fórmula de Koide sea igual a 2/3 dentro de los errores experimentales de las masas de los leptones medidas sugiere la existencia de una teoría capaz de predecir dichas masas.
  • La matriz CKM , si se interpreta como una matriz de rotación en un espacio vectorial tridimensional, "rota" un vector compuesto por raíces cuadradas de masas de quarks de tipo down.(metrod,metros,metrob){\displaystyle ({\sqrt {m_{d}}},{\sqrt {m_{s}}},{\sqrt {m_{b}}}{\big )}}en un vector de raíces cuadradas de masas de quarks de tipo up(metrotú,metrodo,metrot){\displaystyle ({\sqrt {m_{u}}},{\sqrt {m_{c}}},{\sqrt {m_{t}}}{\big )}}, hasta longitudes de vector, un resultado debido a Kohzo Nishida. [ 25 ]
  • La suma de los cuadrados de los acoplamientos de Yukawa de todos los fermiones del Modelo Estándar es aproximadamente 0,984, muy cercano a 1. Dicho de otro modo, la suma de los cuadrados de las masas de los fermiones es muy cercana a la mitad del cuadrado del valor esperado del vacío de Higgs. Esta suma está dominada por el quark top .
  • La suma de los cuadrados de las masas de los bosones (es decir, los bosones W, Z y de Higgs) también es muy cercana a la mitad del valor esperado del vacío de Higgs al cuadrado; la relación es aproximadamente 1,004.
  • En consecuencia, la suma de las masas al cuadrado de todas las partículas del Modelo Estándar es muy cercana al valor esperado al cuadrado del vacío de Higgs; la relación es aproximadamente 0,994.

No está claro si estas relaciones empíricas representan alguna física subyacente; según Koide, la regla que descubrió "puede ser una coincidencia accidental". [ 26 ]

Problemas teóricos

Algunas características del Modelo Estándar se añaden de forma ad hoc . Estas no son problemas en sí mismas (es decir, la teoría funciona bien con las inserciones ad hoc ), pero implican una falta de comprensión. Estas características artificiales han motivado a los teóricos a buscar teorías más fundamentales con menos parámetros. Algunas de estas adiciones artificiales son:

  • Problema de jerarquía : el Modelo Estándar introduce masas de partículas mediante un proceso conocido como ruptura espontánea de simetría causada por el campo de Higgs . Dentro del Modelo Estándar, la masa de la partícula de Higgs recibe correcciones cuánticas muy grandes debido a la presencia de partículas virtuales (principalmente quarks top virtuales ). Estas correcciones son mucho mayores que la masa real del Higgs. Esto significa que el parámetro de masa intrínseca del Higgs en el Modelo Estándar debe ajustarse con precisión de tal manera que casi cancele por completo las correcciones cuánticas. [ 27 ] Muchos teóricosconsideran que este nivel de ajuste fino es antinatural . El problema no puede formularse en el contexto estricto del Modelo Estándar, ya que la masa del Higgs no se puede calcular. En cierto sentido, el problema se reduce a la preocupación de que una futura teoría de partículas fundamentales, en la que la masa del bosón de Higgs sea calculable, no debería tener ajustes finos excesivos.
  • Número de parámetros : el Modelo Estándar depende de 19 parámetros . Sus valores se conocen experimentalmente, pero se desconoce su origen. Algunos teóricos han intentado encontrar relaciones entre los diferentes parámetros, por ejemplo, entre las masas de partículas de distintas generaciones o calculando las masas de las partículas, como en escenarios de seguridad asintótica . 
  • Problema de CP fuerte : teóricamente, se puede argumentar que el Modelo Estándar debería contener un término en la interacción fuerte que rompa la simetría CP , causando tasas de interacción ligeramente diferentes para la materia y la antimateria . Sin embargo, experimentalmente no se ha encontrado tal violación, lo que implica que el coeficiente de este término, si existe, sería sospechosamente cercano a cero. [ 28 ]

Resultados experimentales adicionales

La investigación basada en datos experimentales sobre la constante cosmológica , el ruido de LIGO y la sincronización de púlsares sugiere que es muy improbable que existan nuevas partículas con masas mucho mayores que las que se pueden encontrar en el Modelo Estándar o en el Gran Colisionador de Hadrones . [ 29 ] [ 30 ] [ 31 ] Sin embargo, esta investigación también ha indicado que la gravedad cuántica o la teoría cuántica de campos perturbativa se acoplarán fuertemente antes de 1 PeV, lo que dará lugar a otra nueva física en el rango de los TeV. [ 29 ]

Teorías de gran unificación

El modelo estándar tiene tres simetrías de gauge : la simetría de color SU(3) , la simetría de isospín débil SU(2) y la simetría de hipercarga débil U(1) , que corresponden a las tres fuerzas fundamentales. Debido a la renormalización, las constantes de acoplamiento de cada una de estas simetrías varían con la energía a la que se miden. Alrededor deEntre 10 y 16  GeV, estos acoplamientos se vuelven aproximadamente iguales. Esto ha llevado a especular que, por encima de esta energía, las tres simetrías de gauge del Modelo Estándar se unifican en una sola simetría de gauge con un grupo de gauge simple y una única constante de acoplamiento. Por debajo de esta energía, la simetría se rompe espontáneamente a las simetrías del Modelo Estándar. [ 32 ] Las opciones más comunes para el grupo unificador son el grupo unitario especial en cinco dimensiones SU(5) y el grupo ortogonal especial en diez dimensiones SO(10) . [ 33 ]

Las teorías que unifican las simetrías del Modelo Estándar de esta manera se denominan Teorías de Gran Unificación (o GUT), y la escala de energía en la que se rompe la simetría unificada se denomina escala GUT. En términos generales, las teorías de gran unificación predicen la creación de monopolos magnéticos en el universo temprano [ 34 ] y la inestabilidad del protón [ 35 ] . Ninguno de estos fenómenos se ha observado, y esta ausencia de observación impone límites a las posibles GUT.

Supersimetría

La supersimetría extiende el Modelo Estándar añadiendo otra clase de simetrías al lagrangiano . Estas simetrías intercambian partículas fermiónicas por bosónicas . Dicha simetría predice la existencia de partículas supersimétricas , abreviadas como sppartículas , que incluyen los sleptones , squarks , neutralinos y charginos . Cada partícula del Modelo Estándar tendría una supercompañera cuyo espín difiere en 1/2 del de la partícula ordinaria. Debido a la ruptura de la supersimetría , las sppartículas son mucho más pesadas que sus contrapartes ordinarias; son tan pesadas que los colisionadores de partículas actuales podrían no ser lo suficientemente potentes para producirlas.

Neutrinos

En el Modelo Estándar, los neutrinos no pueden cambiar de sabor espontáneamente . Sin embargo, las mediciones indicaron que los neutrinos sí cambian de sabor espontáneamente, en lo que se denomina oscilaciones de neutrinos .

Las oscilaciones de neutrinos se suelen explicar utilizando neutrinos masivos. En el Modelo Estándar, los neutrinos tienen masa cero, ya que este solo contiene neutrinos levógiros . Al no existir un compañero dextrógiro adecuado, es imposible añadir un término de masa renormalizable al Modelo Estándar. [ 36 ] Estas mediciones solo proporcionan las diferencias de masa entre los distintos sabores. La mejor restricción sobre la masa absoluta de los neutrinos proviene de mediciones precisas de la desintegración del tritio , que proporcionan un límite superior de 2  eV, lo que los hace al menos cinco órdenes de magnitud más ligeros que las demás partículas del Modelo Estándar. [ 37 ] Esto requiere una extensión del Modelo Estándar, que no solo debe explicar cómo los neutrinos obtienen su masa, sino también por qué esta es tan pequeña. [ 38 ]

Un método para añadir masas a los neutrinos, el llamado mecanismo de balancín , consiste en añadir neutrinos diestros y acoplarlos a neutrinos zurdos mediante un término de masa de Dirac . Los neutrinos diestros deben ser estériles , es decir, no participan en ninguna de las interacciones del Modelo Estándar. Al no tener carga, los neutrinos diestros pueden actuar como sus propias antipartículas y tener un término de masa de Majorana . Al igual que las demás masas de Dirac del Modelo Estándar, se espera que la masa de Dirac del neutrino se genere mediante el mecanismo de Higgs y, por lo tanto, es impredecible. Las masas de los fermiones del Modelo Estándar difieren en muchos órdenes de magnitud; la masa del neutrino de Dirac tiene al menos la misma incertidumbre. Por otro lado, la masa de Majorana para los neutrinos diestros no surge del mecanismo de Higgs y, por lo tanto, se espera que esté ligada a alguna escala de energía de nueva física más allá del Modelo Estándar, por ejemplo, la escala de Planck. [ 39 ] Por lo tanto, cualquier proceso que involucre neutrinos diestros se suprimirá a bajas energías. La corrección debida a estos procesos suprimidos efectivamente da a los neutrinos zurdos una masa que es inversamente proporcional a la masa de Majorana diestros, un mecanismo conocido como balancín. [ 40 ] La presencia de neutrinos diestros pesados ​​explica así tanto la pequeña masa de los neutrinos zurdos como la ausencia de neutrinos diestros en las observaciones. Sin embargo, debido a la incertidumbre en las masas de los neutrinos de Dirac, las masas de los neutrinos diestros pueden estar en cualquier lugar. Por ejemplo, podrían ser tan ligeros como keV y ser materia oscura , [ 41 ] pueden tener una masa en el rango de energía del LHC [ 42 ] [ 43 ] y conducir a una violación observable del número leptónico , [ 44 ] o pueden estar cerca de la escala GUT, vinculando los neutrinos diestros con la posibilidad de una Teoría de Gran Unificación. [ 45 ] [ 46 ]

Los términos de masa mezclan neutrinos de diferentes generaciones. Esta mezcla se parametriza mediante la matriz PMNS , que es el análogo de neutrinos de la matriz de mezcla de quarks CKM . A diferencia de la mezcla de quarks, que es casi mínima, la mezcla de neutrinos parece ser casi máxima. Esto ha dado lugar a diversas especulaciones sobre simetrías entre las distintas generaciones que podrían explicar los patrones de mezcla. [ 47 ] La matriz de mezcla también podría contener varias fases complejas que rompen la invariancia CP, aunque no se ha realizado ninguna prueba experimental de estas. Estas fases podrían potencialmente crear un excedente de leptones sobre antileptones en el universo temprano, un proceso conocido como leptogénesis . Esta asimetría podría luego convertirse en una etapa posterior en un exceso de bariones sobre antibariones y explicar la asimetría materia-antimateria en el universo. [ 33 ]

Los neutrinos ligeros no se consideran una buena explicación para la observación de la materia oscura, basándose en consideraciones sobre la formación de estructuras a gran escala en el universo temprano. Las simulaciones de formación de estructuras muestran que son demasiado calientes —es decir, su energía cinética es grande en comparación con su masa—, mientras que la formación de estructuras similares a las galaxias en nuestro universo requiere materia oscura fría . Las simulaciones muestran que los neutrinos, en el mejor de los casos, pueden explicar solo un pequeño porcentaje de la masa faltante en la materia oscura. Sin embargo, los neutrinos pesados, estériles y diestros son un posible candidato para una WIMP de materia oscura . [ 48 ]

Sin embargo, existen otras explicaciones para las oscilaciones de neutrinos que no necesariamente requieren que los neutrinos tengan masa, como las oscilaciones de neutrinos que violan la simetría de Lorentz .

Modelos Preon

Se han propuesto varios modelos de preones para abordar el problema aún sin resolver de la existencia de tres generaciones de quarks y leptones. Los modelos de preones generalmente postulan algunas partículas nuevas adicionales que, a su vez, se postula que pueden combinarse para formar los quarks y leptones del Modelo Estándar. Uno de los primeros modelos de preones fue el modelo de Rishon . [ 49 ] [ 50 ] [ 51 ]

Hasta la fecha, ningún modelo de preones ha sido ampliamente aceptado ni verificado por completo.

Teorías de todo

La física teórica sigue esforzándose por alcanzar una teoría del todo , una teoría que explique y vincule completamente todos los fenómenos físicos conocidos y que, en principio, prediga el resultado de cualquier experimento que pudiera llevarse a cabo.

En términos prácticos, el objetivo inmediato es desarrollar una teoría que unifique el Modelo Estándar con la Relatividad General en una teoría de la gravedad cuántica . Sería deseable incorporar características adicionales, como la superación de fallos conceptuales en ambas teorías o la predicción precisa de las masas de las partículas. Los desafíos para desarrollar dicha teoría no son solo conceptuales, sino que también incluyen los aspectos experimentales de las altísimas energías necesarias para explorar ámbitos exóticos.

Algunos intentos notables en esta dirección son la supersimetría , la gravedad cuántica de bucles y la teoría de cuerdas .

Supersimetría

gravedad cuántica de bucle

Algunos consideran que teorías de la gravedad cuántica, como la gravedad cuántica de bucles y otras, son candidatas prometedoras para la unificación matemática de la teoría cuántica de campos y la relatividad general, lo que requeriría cambios menos drásticos en las teorías existentes. [ 52 ] Sin embargo, trabajos recientes imponen límites estrictos a los supuestos efectos de la gravedad cuántica sobre la velocidad de la luz y desaconsejan algunos modelos actuales de gravedad cuántica. [ 53 ]

teoría de cuerdas

Existen extensiones, revisiones, reemplazos y reorganizaciones del Modelo Estándar que intentan corregir estos y otros problemas. La teoría de cuerdas es una de esas reinvenciones, y muchos físicos teóricos creen que tales teorías son el siguiente paso teórico hacia una verdadera Teoría del Todo . [ 52 ]

Entre las numerosas variantes de la teoría de cuerdas, la teoría M , cuya existencia matemática fue propuesta por primera vez en una Conferencia de Cuerdas en 1995 por Edward Witten , es considerada por muchos como una candidata idónea para la "Teoría del Todo" , especialmente por los físicos Brian Greene y Stephen Hawking . Aunque aún no se conoce una descripción matemática completa, existen soluciones para la teoría en casos específicos. [ 54 ] Trabajos recientes también han propuesto modelos de cuerdas alternativos, algunos de los cuales carecen de las diversas características más difíciles de comprobar de la teoría M (por ejemplo, la existencia de variedades de Calabi-Yau , muchas dimensiones extra , etc.), incluyendo trabajos de físicos con publicaciones destacadas como Lisa Randall . [ 55 ] [ 56 ]

Gravedad Unificada

La gravedad unificada trata la gravedad como un campo de gauge a partir de un conjunto de simetrías U(1) compactas en un espacio espinorial extendido . Esto permite crear un lagrangiano que contiene todas las interacciones fundamentales conocidas de la naturaleza. [ 57 ] [ 58 ]

Véase también

Notas a pie de página

  1. 1 2 "Se pueden encontrar miles de afirmaciones en la literatura que indican que la relatividad general y la mecánica cuántica son incompatibles . Estas están completamente desactualizadas y ya no son relevantes.
    La teoría de campos efectiva demuestra que la relatividad general y la mecánica cuántica funcionan en perfecta sincronía en un amplio rango de escalas y curvaturas, incluyendo aquellas relevantes para el mundo que experimentan las formas de vida en la Tierra. Sin embargo, las teorías de campos efectivas solo son válidas en un rango limitado de escalas. La relatividad general presenta, sin duda, problemas en escalas extremas. Existen problemas importantes que la teoría de campos efectiva no resuelve, ya que se encuentran fuera de su ámbito de validez. Esto implica, no obstante, que el problema de la gravedad cuántica no es lo que creíamos: en lugar de una incompatibilidad fundamental entre la mecánica cuántica y la gravedad, nos encontramos ante la situación más familiar de necesitar una teoría más completa que trascienda el ámbito de su aplicabilidad combinada.
    La combinación habitual de la relatividad general y la mecánica cuántica funciona bien a energías ordinarias, pero ahora buscamos descubrir las modificaciones que deben estar presentes en condiciones más extremas. Esta es la visión moderna del problema de la gravedad cuántica, y representa un progreso con respecto a la visión obsoleta del pasado." — Donoghue (2012) [ 5 ]
    Véase también la cita contemporánea contraria [ b ] de Sushkov, Kim, et al . (2011). [ 4 ]
  2. 1 2 "Es notable que dos de los mayores éxitos de la física del siglo XX, la relatividad general y el modelo estándar, parezcan ser fundamentalmente incompatibles." — Sushkov, Kim, et al . (2011) [ 4 ]
    Pero véase la cita contraria [ a ] de Donoghue (2012). [ 5 ]
  3. ↑ "Cuando los físicos extraen neutrones de los núcleos atómicos, los colocan en una botella y luego cuentan cuántos quedan después de un tiempo, infieren que los neutrones se desintegran radiactivamente en 14 m 39 s , en promedio. Pero cuando otros físicos generan haces de neutrones y cuentan los protones emergentes —las partículas en las que se desintegran los neutrones liberados—, establecen la vida media del neutrón en alrededor de 14 m 48 s . La discrepancia entre las mediciones de la 'botella' y del 'haz' ha persistido desde que ambos métodos para medir la longevidad del neutrón comenzaron a dar resultados en la década de 1990. Al principio, todas las mediciones eran tan imprecisas que nadie se preocupó. Gradualmente, sin embargo, ambos métodos han mejorado, y aún así no coinciden." [ 13 ]

Referencias

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Lecturas adicionales

  • Lisa Randall (2005). Pasajes distorsionados: Desentrañando los misterios de las dimensiones ocultas del universo . HarperCollins . ISBN 978-0-06-053108-9.

Recursos externos

  • Teoría del Modelo Estándar en SLAC
  • Scientific American, abril de 2006
  • LHC. Nature , julio de 2007.
  • Conferencia Les Houches, verano de 2005