Física nuclear de partículas
Manuel Tejero Mas
Rafael Aragón Lara
2º Bachillerato B
PARTÍCULAS
1)
INTRODUCCIÓN
FUNDAMENTALES
PARTÍCULAS
ELEMENTALES
FERMIONES
BOSONES
OTRAS
PARTÍCULAS
ELEMENTALES
ANTIPARTÍCULAS
PARTÍCULAS
HIPOTÉTICAS
1.1 Introducción
Desde la antigüedad el hombre se ha cuestionado cual era el principio
de la materia.
Los antiguos griegos, pensaban que ésta estaba formada por
diminutos componentes indivisibles, que llamaron átomos. Este
término ha permanecido, aunque se ha demostrado, mediante
distintos procesos experimentales, que éste es divisible. A
principios de la década de 1930, los avances llevados a cabo por
J.J Thomson, Ernest Rutherford y Niels Bohr, entre otros, nos
mostraron cuales eran en realidad, a través de sus respectivos
modelos, los componentes del átomo, los protones, neutrones y
electrones.
Hasta finales de la década de los sesenta, muchos físicos pensaron
que estos componentes del átomo, constituían el bloque indivisible
defendido por los griegos. Aunque tras los trabajos realizados en
Standford Linea Accelerator Center, se descubrió que los neutrones
y los protones no son partículas indivisibles, sino que están
constituidas por tres partículas menores, los quarks. Estos quarks
existen en diferentes variedades, pero los componentes de los
neutrones y los protones son los quarks arriba y los quarks abajo.
Un protón está formado por dos quarks arriba y un quark abajo, y un
neutron posee dos quarks abajo y un quark arriba.
1.2:Familias de partículas fundamentales
Cada familia contiene dos quarks, un electrón o uno de sus parientes, y además una
partícula de la especie de los neutrinos. El tipo de partícula correspondiente a las tres
familias, tiene propiedades idénticas, salvo lo relativo a su masa (múltiplos de la masa del
electrón).
Familia I
Partícula-Masa
Familia II
Partícula-Masa
Electrón-0.00054 Muón
- 0.11
Familia III
Partícula-Masa
Tau
-1.9
-8
Neutrino - < 10 Neutrino -<0.0003 Neutrino - <0.033
del electrón
del Muón
del Tau
Quark
arriba
Quark
abajo
- 0.0047 Quark
- 1.6
encanto
- 0.0074 Quark
- 0.16
extraño
Quark - 189
cima
Quark - 5.2
fondo
1.2 Partículas elementales
Fermión: todos ellos presentan espín fraccionario. Dentro de este grupo,
debemos distinguir:
1.
Quarks:
1-Existen seis tipos distintos de quarks
(arriba, abajo, encanto, extraño, cima y
fondo). Estos cuatro últimos, son muy
inestables y se desintegraron una fracción
de segundo después del Big Bang. A
pesar de todo, los físicos son capaces de
recrearlas, mediante aceleradores de
partículas.
2-En la naturaleza los quarks no se
encuentran aislados, sino en grupos,
llamados hadrones, de dos a tres quarks
(mesones y bariones respectivamente).
3-Son los únicos elementos que
interactúan con las cuatro fuerzas
fundamentales.
4-Poseen espín de +1/2 (arriba, encanto y
cima) o -1/2 (abajo, extraño y fondo).
Nota: Un acelerador de partículas es un instrumento que utiliza campos
electromagnéticos para acelerar las partículas cargadas eléctricamente,
hasta alcanzar velocidades y por tanto, energías muy altas.
Tipos de quarks:
Quark arriba:
1.
Pertenece a la primera familia.
2.
Carga eléctrica: +2/3
3.
Spin: +1/2
Quark abajo:
1.
Pertenece a la primera generación de quarks.
2.
Carga eléctrica: -1/3
3.
Spin: +1/2
Estos quarks, junto con los electrones, forman toda la materia que podemos ver, y de la cual estamos hechos, ya
que son estables y no se desintegran. Su existencia fue postulada por Murray Gell-Mann y George Zweig en
1964.
Quarks encanto:
Quark extraño:
1.
Pertenece a la segunda familia.
1.
Pertenece a la segunda familia.
2.
Carga eléctrica: +2/3
2.
Carga eléctrica: -1/3
3.
Spin: +1/2
3.
Spin: +1/2
4.
Vida media corta (forma hadrones que se
4.
Vida media corta.
desintegran muy pronto).
Estos quarks se diferencian de los de la primera familia, en que su masa es mucho más grande.
Quark cima:
1.
Pertenece a la tercera familia
2.
Carga eléctrica: +2/3
3.
Spin: +1/2
Quark fondo:
1.
Pertenece a la tercera familia.
2.
Carga eléctrica: -1/3
3.
Spin: +1/2
Son los quarks de mayor masa y debido a esto, son verdaderamente inestables, con lo que no tiene tiempo para
formar hadrones con otros quarks.
1.2 Partículas elementales
2.Leptón: se diferencia de los quarks por ser una partícula no hadrónica y posee un
espín de -1/2. Tipos:
Electrón:
1.
Pertenece a la primera familia.
2.
Rodea al núcleo de todos los átomos.
3.
Su masa es 0.00054 veces un protón.
4.
Presenta dualidad de onda corpúsculo (presenta
propiedades de partícula puntual y de carácter
ondulatorio).
Muón:
Tau:
Neutrino:
1.
Su carga eléctrica es neutra.
2.
Se mueve a velocidades próximas a la velocidad de la
luz.
3.
Al tener una masa muy pequeña muchos creían que
podría ser nula.
4.
Hay varios tipos de neutrinos:

N del electrón: pertenece a la primera familia y su
masa es un millón de veces inferior a la del electrón.

N del muón: pertenece a la segunda familia y su masa
es 0.00033 veces la del protón.

N del tau: pertenece a la tercera familia y su masa es
0.033 veces la del protón.
1.
2.
3.
4.
5.
Pertenece a la tercera familia.
Su vida media es bastante corta.
Su masa es dos veces la del protón.
Probablemente es uno de los componentes principales
de los agujeros negros.
Se puede desintegrar en partículas variadas. Un 18%
lo hace en un electrón y dos neutrinos, otro 18% lo
hace en un muón y dos neutrinos y el resto lo hace en
forma de un neutrino y hadrones.
1.
2.
3.
4.
Pertenece a la segunda familia.
Es una partícula muy inestable.
Su carga es igual a la del electrón.
Su masa es 200 veces la de éste.
1.2 Partículas elementales
Bosón: es el segundo tipo de partículas elementales. Se caracterizan por:
1.
Tienen un momento angular intrínseco o espín entero.
2.
En ellos no se cumple el principio de exclusión de Pauli, siguiendo el
sistema estadístico de Bose-Einstein.
3.
Las funciones de onda cuántica, así, va a presentar una simetría
respecto al intercambio de partículas.
4.
Son las partículas elementales asociadas a las cuatro fuerzas
fundamentales en que se pueden resumir todos los conjuntos de fuerzas
que conforman nuestro universo.
Nota:
Principio de exclusión de Pauli: “Dos elementos de un mismo átomo no
pueden tener los número cuánticos iguales”.
Sistema estadístico de Bose- Einstein: mecánica estadística
empleada para determinar las propiedades de conjuntos grandes de partículas
indistinguibles
Tipos de bosones:
Fuerza electromagnética: La partícula responsable de
ella es el fotón, cuyas características son:
1.
Es la partícula portadora de toda las formas de
radiación electromagnética.
2.
Su masa y su carga eléctrica son nulas
3.
Su spin es 1.
4.
Es estable.
5.
Viaja en el vacío con velocidad constante.
6.
Presenta propiedades tanto corpusculares como
ondulatorias.
Fuerza de la gravedad: La partícula asociada a esta
fuerza es el gravitón, partícula hipotética, pues no se
tienen datos experimentales de su existencia. Existen
problemas matemáticos específicos asociados a la forma
en que opera la gravedad que no han permitido hasta
ahora desarrollar una teoría cuántica gravitatoria. Se cree
que los gravitones podrían interactuar entre ellos.
Fuerza nuclear fuerte:
1.
Su partícula asociada es el gluón.
2.
Es responsable de mantener unidos a los protones
y neutrones en los átomos venciendo a la fuerza
electromagnética originada por los electrones; por
lo tanto, actúa sobre cualquier hadrón.
3.
Sus efectos solo son apreciables a distancias
realmente pequeñas. Se explicó que su alcance no
podía ser superior al propio radio del núcleo para
que otros núcleos cercanos no la sintieran.
4.
La masa del gluón es nula y la carga eléctrica es
neutra.
5.
Su espín es 1.
6.
Es una partícula muy estable.
Fuerza nuclear débil:
1.
Tiene tres partículas asociadas diferentes, bosones
W positivos y negativos y el bosón Z, que carece de
carga.
2.
La física de partículas une y relaciona la interacción
débil y el electromagnetismo en una única teoría
conocida como la teoría electrodébil, desarrollada
en 1968.
3.
Esta fuerza es la responsable de la desintegración
radiactiva de sustancias como el uranio o el
cobalto.
4.
Se designa con este nombre, porque su intensidad
es muchísimo más pequeña que la fuerza nuclear
fuerte.
5.
Tiene una vida media bastante corta, puesto que
los bosones tienen mucha masa.
1.3 Otras partículas elementales
Antipartículas:
1)Definición:
Cada una de las partículas retratadas anteriormente tienen como pareja una
antipartícula, es decir, una partícula de masa idéntica a la partícula de la que es
antipartícula, el mismo spín, pero distinta carga eléctrica. Algunas partículas son
idénticas a su antipartícula, como por ejemplo el fotón, que no tiene carga. Pero
no todas las partículas de carga neutra son idénticas a su antipartícula.
Los pares partícula-antipartícula pueden aniquilarse entre ellos si se encuentran en el
estado cuántico apropiado, y dar lugar a otras partículas. Estos estados pueden
producirse en varios procesos. Estos procesos se usan en los aceleradores de
partículas para crear nuevas partículas y probar las teorías de la física de
partículas
2)Ejemplos:



Electrón-positón: y tiene exactamente la misma masa que el electrón, pero su
carga eléctrica es 1.
Quark arriba-Antiquark arriba.
Quark abajo-Antiquark abajo.
1.3 Otras partículas elementales
Partículas hipotéticas:

Taquión: es cualquier partícula hipotética capaz de moverse a
velocidades superlumínicas.

Bosón de Higgs: es una partícula elemental hipotética masiva
cuya existencia es predicha por el modelo estándar de la física de
partículas. Es la única partícula del modelo estándar que no ha sido
observada hasta el momento, pero desempeña un rol importante en
la explicación del origen de la masa de otras partículas elementales,
en particular la diferencia entre el fotón (sin masa) y los bosones W
y Z (relativamente pesados). Las partículas elementales con masa y
la diferencia entre electromagnetismo (causado por los fotones) y la
fuerza débil (causada por los bosones W y Z) son críticos en
muchos aspectos de la estructura microscópica (y así
macroscópica) de la materia. Con esto, si la partícula existe, el
bosón de Higgs tendría un enorme efecto en la física y el mundo de
hoy.
2)
Concepto
Relatividad general
Vs
Mecánica cuántica
Teoría de
cuerdas
Dimensiones
Supersimetría
Teoría M
2.1 Concepto:

La teoría de cuerdas afirma que, si las supuestas
partículas puntuales del modelo estándar se pudieran
examinar con una precisión que está significativamente
más allá de nuestra capacidad actual, se vería que cada
una de ellas está formada por un único y diminuto bucle
de cuerda unidimensional que realiza oscilaciones; y
dependiendo de el modo en que se producen las
oscilaciones, es decir, dependiendo de la vibración de
una cuerda, se formarán todas las partículas nombradas
en el apartado anterior. Del mismo modo, éstas
vibraciones explican las características que cada
partícula presenta, y que hasta la aparición de esta
teoría, no se podía explicar sin recurrir al azar.

1.
2.
3.
4.
Pero esta teoría no sólo trata de explicar el componente
fundamental de la materia, si no que va más allá, pues, entre otros
puntos y problemas no resueltos hasta la aparición de la teoría de
cuerdas, que explicaremos a continuación, está:
Ser el único marco explicativo capaz de abarcar todas las fuerzas
y toda la materia (hasta ahora no era posible la explicación de la
gravedad dentro del modelo estándar).
Cada una de las pautas o modelos de vibración se presenta como
una partícula cuya carga de fuerza y de masa están determinadas
por el modelo de oscilación de la cuerda.
Permite la armoniosa combinación de la relatividad general y la
mecánica cuántica.
La elegancia tanto en las respuestas que propone la teoría de
cuerdas, tanto del marco en que se generan dichas respuestas.
Un ejemplo: muchos de los aspectos de la naturaleza que podrían
parecer detalles técnicos arbitrarios- como el número de
partículas fundamentales distintas y sus propiedades respectivassurgen a partir de aspectos esenciales y tangibles como la
geometría del universo.

¿ De qué están hechas las cuerdas?
1- Las cuerdas son
 2- Otra posibilidad es que las
verdaderamente fundamentales;
son “átomos”, es decir,
componentes indivisibles, en el
sentido más auténtico de la
palabra griega, tal como la usaron
los antiguos griegos. Como
componente último de la materia,
no pueden estar formadas ni
constituidas por ninguna otra cosa,
ya que si las cuerdas estuvieran
hechas de algo menor que ellas
mismas, no serían los
componentes fundamentales. En
ese caso, aquello que formara las
cuerdas sería considerado como
un componente aún más básico
del universo.
cuerdas no sean componentes
fundamentales, si no que estás
formadas por algo. De esta manera
sería solo una capa más. Los
expertos en teoría de cuerdas han
planteado y continúan investigando
esta posibilidad. Hasta la fecha, en
algunos estudios teóricos existen
indicios de que las cuerdas podrían
tener otra subestructura, pero por
ahora no hay ninguna prueba
definitiva de esto. Con el tiempo, y
cuando las investigaciones
avancen lo suficiente, se
comprobará si este indicio tiene
fundamento, o se queda en eso, un
indicio.
2.2 Relatividad general Vs
Mecánica Cuántica

La teoría de cuerdas ha logrado la combinación de la relatividad
general y la mecánica cuántica, hecho realmente importante, pues
ambas estudian la realidad desde ámbitos diferentes . La relatividad
general se encuentra a escala de las grandes distancias
astronómicas. Mientras que la mecánica cuántica lo hace a escalas
infinitamente pequeñas. Y es en estas pequeñas distancias, donde
se produce la incompatibilidad entre ellas.
2.2.1 Relatividad general



Es una teoría publicada por A. Einstein en 1915 y 1916. En ella se
acude a la geometría del universo.
El universo en ausencia de materia o energía es plano. Pero
cuando en este universo plano nos encontramos un cuerpo, el
espacio que rodea al mismo, se alabea.
El sol produce un alabeo en el espacio-tiempo( al igual que todos
los cuerpos por el hecho de poseer masa). Ese alabeo afecta a
otros objetos que se mueven en las proximidades del Sol, puesto
que deben atravesar esa estructura espacial distorsionada

Cuanta más masa posea un objeto, mayor será la
distorsión que cause en el espacio-tiempo, por lo que
mayor será la influencia gravitatoria .

Si nos pudiéramos acercar al sol, descubriríamos que
conforme nos vamos acercando, y el campo gravitatorio
al que nos vamos sometiendo se hace cada vez más
fuerte, el tiempo comienza a pasar cada vez más
lentamente. Si éste tiempo se pudiera medir, un reloj
más cerca de la superficie del Sol, donde el campo
gravitatorio es más intenso, iría más lento que otro más
alejado del Sol, en el que el campo es menos intenso.

La diferencia en la concepción de la gravedad de
Newton, y la de Einstein, reside en el hecho de que
Newton no conocía la identidad del agente causante de
la gravedad, mientras que Einstein respondió al
interrogante, diciendo que tal agente, es la estructura
propia del cosmos.
2.2.2 Mecánica cuántica



Podemos definir la mecánica cuántica como un campo conceptual
que sirve para comprender las propiedades microscópicas del
universo. Comienza a principios del siglo XX, en el momento en que
las teorías que se encontraban no eran suficientes para explicar
ciertos fenómenos.
La mecánica cuántica es la teoría científica que ha proporcionado
las predicciones experimentales más exactas hasta el momento, a
pesar de estar sujeta a las probabilidades.
Las suposiciones más importantes de esta teoría son:


La energía no se cambia de forma continua, sino que en todo
intercambio hay una cantidad mínima de energía (cuanto).
El movimiento de las partículas es estudiado por una operación
matemática que atribuye a cada punto del espacio y a cada instante, la
posibilidad de que la partícula descrita se halle en tal posición en ese
instante.



Nació cuando se trató de explicar la emisión de
radiación de cualquier cuerpo en equilibrio, la llamada
radiación térmica. A través de la electrodinámica
clásica, el resultado era totalmente incoherente, la
energía emitida era infinita.
Fue entonces cuando Max Plank enunció la hipótesis de
que la radiación electromagnética es absorbida y emitida
en forma de cuantos de luz o fotones de energía
mediante una constante estadística, la constante de
Plank.
De Broglie propuso que cada partícula material tiene
una longitud de onda asociada inversamente
proporcional a su masa (momentum).
2.2.3 ¿Por qué no podemos
relacionar la mecánica cuántica con
la relatividad general?



Muchos problemas de física bien formulados, dan lugar a
soluciones disparatadas si se mezclan las ecuaciones de ambas
teorías. Se han intentado unificar los principios, pero se ha
detectado que lo primero que hay que indicar es conocer los puntos
comunes a ambas teorías, es decir, la estructura del espacio y
tiempo.
La noción de una geometría lisa que constituye el principio
fundamental de la relatividad general, queda destruida por violentos
pliegues del mundo cuántico al hacer ampliaciones de distancias
relativamente pequeñas.
La teoría de las cuerdas relaciona muy bien tanto la mecánica
cuántica como la relatividad general, dado que suaviza las violentas
ondulaciones cuánticas. Según la teoría de las cuerdas, las
propiedades observables en las partículas son un reflejo de los
diferentes modos de vibrar que tiene una cuerda. Es la más
profunda dentro del mundo de la física, y así es considerada como
la teoría del todo (theory of everything) T.O.E.
2.3 Dimensiones:
1- Antes de la teoría de cuerdas:
1- Centrándonos en las ideas sobre las dimensiones consideradas por
Einstein, podemos considerar cuatro dimensiones. Tres de ellas nos
resultan muy familiares, son las que hemos considerado desde nuestra
experiencia, es decir: alto, ancho y largo. Pero él aventuró a señalar la
existencia de una cuarta dimensión, el tiempo.
2- Antecedente: Kaluza, consideró que la estructura espacial de
nuestro universo puede tener, tanto dimensiones extendidas (directamente
perceptibles), como dimensiones arrolladas. (arrolladas en un espacio tan
pequeño que hasta ahora ha evitado que lo detectemos). Estas
dimensiones arroladas se encontrarían en cada punto de las dimensiones
extendidas.
2- Ventajas de una dimensión adicional:
Añadir una nueva dimensión, suponía trastocar algunos
asuntos ya formulados, como la relatividad general; ya que
Einstein había formulado la relatividad general considerando
un universo con tres dimensiones espaciales y una
temporal. Por lo que Kaluza desarrolló el análisis
matemático pertinente, y obtuvo nuevas ecuaciones.
Descubrió que las ecuaciones que correspondían a las tres
dimensiones ordinarias eran esencialmente idénticas a las
de Einstein. Pero, debido a que influyó una dimensión
espacial adicional, Kaluza halló otras ecuaciones, aparte de
las deducidas por Einstein. Estas ecuaciones adicionales
correspondían a las que Maxwell había desarrollado en la
década de 1880 para describir la fuerza electromagnética.
Al añadir otra dimensión espacial, Kaluza había unido la
teoría de la gravedad de Einstein con la teoría de la luz de
3- Dimensiones en la teoría de cuerdas:
Las cuerdas vibran en todos los sentidos posibles. Cuantas más dimensiones
existan, mayores serán las posibilidades en que una cuerda pueda vibrar.
Los físicos descubrieron que cálculos que se les atragantaban, eran
altamente sensibles al número de direcciones independientes en las que
puede vibrar una cuerda.
En los primeros días de la teoría de cuerdas, los físicos descubrieron que
ciertos cálculos daban como resultado probabilidades negativas, algo
imposible. Estas probabilidades negativas surgían a partir de una
discrepancia entre lo que la teoría exigía, y lo que la realidad parecía
imponer. Ya que los cálculos demostraron que las cuerdas podían vibrar en
nueve direcciones espaciales, y así, todos los valores negativos se
anularían.
Y puesto que las cuerdas son tan pequeñas, no solo pueden vibrar en
dimensiones amplias y extensibles, si no también lo pueden hacer en otras
pequeñas y arrolladas. De esta manera podemos satisfacer el requerimiento
de las nueve dimensiones espaciales que exige la teoría de cuerdas en
nuestro universo.
4- Forma de las dimensiones adicionales:
Las fórmulas que surgen de la teoría restringen las formas que pueden adoptar estas
dimensiones adicionales. Hay un tipo particular de formas geométricas de seis
dimensiones que cumplen estas condiciones. Se conocen como espacios de CalabiYau. Con lo que en cada punto de las tres dimensiones extendidas que nos resultan
familiares, la teoría de cuerdas afirma que hay seis dimensiones de las que hasta
ahora no se conocían.
La forma geométrica que presentan las dimensiones adicionales tiene gran
influencia en las características físicas de las partículas elementales y las de fuerza.
Y responde además al por qué de la existencia de tres familias.
Una forma de Calabi-Yau contiene unos agujeros, (iguales a los de una rosquilla).
Existe una familia de vibraciones asociada con un agujero en la porción de CalabiYau del espacio. Debido a que las partículas elementares de esta familia deben
corresponder a los modelos de vibratorios de energía mínima, la existencia de una
multiplicidad de agujeros, significa que los modelos de vibraciones de las cuerdas se
encuadran en una multiplicidad de familias. Si la arrollada forma de Calabi-Yau tiene
tres agujeros, entonces hallaremos tres familias de partículas elementares.
Por lo que la organización en familias es reflejo del numero agujeros que halla en la
forma geométrica que cuenta con dimensiones adicionales.
4-Forma de las dimensiones adicionales:



Las fórmulas que surgen de la teoría restringen las formas que pueden
adoptar estas dimensiones adicionales. Hay un tipo particular de formas
geométricas de seis dimensiones que cumplen estas condiciones. Se
conocen como espacios de Calabi-Yau. Con lo que en cada punto de las tres
dimensiones extendidas que nos resultan familiares, la teoría de cuerdas
afirma que hay seis dimensiones de las que hasta ahora no se conocían.
La forma geométrica que presentan las dimensiones adicionales tiene gran
influencia en las características físicas de las partículas elementales y las de
fuerza. Y responde además al por qué de la existencia de tres familias.
Una forma de Calabi-Yau contiene unos agujeros, (iguales a los de una
rosquilla).
Existe una familia de vibraciones asociada con un agujero en la porción de
Calabi-Yau del espacio. Debido a que las partículas elementares de esta
familia deben corresponder a los modelos de vibratorios de energía mínima,
la existencia de una multiplicidad de agujeros, significa que los modelos de
vibraciones de las cuerdas se encuadran en una multiplicidad de familias. Si
la arrollada forma de Calabi-Yau tiene tres agujeros, entonces hallaremos
tres familias de partículas elementares.
Por lo que la organización en familias es reflejo del numero agujeros que
halla en la forma geométrica que cuenta con dimensiones adicionales.
2.4 Supersimetría
La supersimetría es una teoría que defiende que a cada partícula
elemental le corresponde una compañera supersimétrica,
supercompañera. Las partículas forman pares cuyos valores de
espín difieren en media unidad :
Fermiones:
Bosones:
1.
Electrón
1.
Selectrón
2.
Quarks
2.
Squarks
3.
Fotino
3.
Fotón
4.
Gravitino
4.
Gravitón
Razones supersimetría:
1- Desde un punto de vista estético, los físicos consideran verdaderamente
difícil creer que la naturaleza respetaría casi todas las simetrías que son
matemáticamente posibles, aunque no todas.
2- En el modelo estándar las cuestiones técnicas espinosas que van
relacionadas a los procesos cuánticos se resuelven más rápidamente si la
teoría es supersimétrica.
3- La tercera razón es una de idea de efecto unificador. A través de los trabajos
realizados por Weinberg, Glasgow y Howard Georgi se relacionó a través
de un mundo supersimétrico la fuerza nuclear fuerte, con la fuerza
electrodébil. Se consideró que las fuerzas electromagnética y la nuclear
débil surgieron a partir de una unión simétrica cuando la temperatura del
universo, subió hasta alrededor de mil billones de grados sobre el cero
absoluto, Georgi y Glasgow demostraron que la unión con la fuerza nuclear
fuerte, tenía lugar a temperaturas diez billones de veces aún más elevada.
De este modo, la supersimetría modifica las intensidades intrínsecas de las
tres fuerzas no gravitatorias a distancias muy pequeñas, de manera que se
fusionen en una gran fuerza unificada.
3) Teoría M




La teoría M es una teoría unificadora de todas las teorías de
cuerdas desarrolladas hasta el momento.
Une las cinco teorías de las supercuerdas dentro de un único
marco que las abarca a todas (todo parece indicar que con el
paso del tiempo se va a anexionar una sexta teoría). Emplea
once dimensiones del espacio-tiempo (diez espaciales y una
sola temporal), aunque la mayor parte de las propiedades no
se comprenden aún.
También emplea otros objetos como membranas vibratorias
bidimensionales, burbujas tridimensionales que se ondulan
(tribranas)… Es decir, objetos de dimensiones muy variables,
conocidos vulgarmente como P- branas, donde p indica su
dimensionalidad.
Las cinco teorías están estrechamente relacionadas, a pesar
de contar con constantes de acoplamiento diferentes, formas
geométricas distintas y variables tamaños de sus
dimensiones arrolladas.

Las teorías son:
-
Teoría Tipo I: incluye tanto cuerdas abiertas como cerradas.
Teoría del Tipo II A: incluye cuerdas cerradas con modelos de
vibración que tienen simetría izquierda- derecha.
Teoría del Tipo II B: incluye cuerdas cerradas con modelos de
vibración que son asimétricos con respecto a la simetría izquierda
derecha.
Teoría Heterótica- E : cuyas vibraciones con movimiento a la
derecha se parecen a las de las cuerdas del Tipo II y cuyas
vibraciones hacia la izquierda incluyen las de las cuerdas
bosónicas. Tiene diferencias importantes con la teoría de cuerdas
Heterótica – 0.
Teoría de cuerdas Heterótica-0 : en ella participan las cuerdas
cerradas, cuyas vibraciones con movimiento hacia la derecha se
parecen a las cuerdas del Tipo II y cuyas vibraciones hacia la
izquierda incluyen las de las cuerdas bosónicas. Tiene diferencias
sustanciales con la Heterótica –E.
-
-
Nota:
Para relacionar correctamente estas teorías debemos conocer bien el
concepto de la constante de acoplamiento (número que determina la
probabilidad de que las fluctuaciones cuánticas hagan que una cuerda se
escinda en dos, provocando un par virtual de las mismas).



La teoría de las cuerdas del Tipo I y la Heterótica 0 son
duales. Esto sugiere que las propiedades físicas de la
teoría I para grandes valores de la constante de
acoplamiento son idénticas a las propiedades físicas de la
teoría Heterótica 0 para pequeños valores de su constante
de acoplamiento.
La teoría de las cuerdas del tipo II B es dual consigo
misma o autodual. Los análisis detallados que se van
realizando sugieren de una forma muy persuasiva que si la
constante de acoplamiento de la teoría es mayor que 1, se
describen las mismas propiedades con su valor recíproco
(menor que 1 ).
Las teorías de cuerdas del Tipo II A y del tipo II B se
intercambian también utilizando esta dualidad grandepequeña de la constante de acoplamiento, al igual que lo
hacen las teorias de cuerdas Heterótica -0 y Heterótica E.