Teoría de cuerdas bosónicas

La teoría de cuerdas bosónica es la versión original de la teoría de cuerdas , desarrollada a finales de los años sesenta y principios de los setenta . Las cuerdas como objetos fundamentales de la naturaleza se introdujeron en la física de partículas elementales para explicar las características de la estructura de los hadrones . Detección de la relación entre el espín de un hadrón y su masa (gráfico de Qiu — Frauci) condujo a la creación de la teoría de Regge , en la que los diferentes hadrones se consideraban no como partículas elementales, sino como diversas manifestaciones de un solo objeto extenso: el reggeon . En los años siguientes, a través de los esfuerzos de Gabriele Veneziano , Yoichiro Nambu , Holger Beh Nielsen y Leonard Susskind , se derivó una fórmula para la dispersión de reggeons y se dio una interpretación de cuerdas de los fenómenos que ocurren durante esto. Con el advenimiento de la era de la cromodinámica cuántica , la comunidad científica perdió interés en la teoría de cuerdas en la física de hadrones.

En 1974 , John Schwartz y Joel Sherk e, independientemente, Tamiaki Yoneya, al estudiar las propiedades de las vibraciones de las cuerdas, descubrió que corresponden exactamente a las propiedades de un hipotético portador de partículas de interacción gravitacional, que se llama gravitón . Schwartz y Sherk argumentaron que la teoría de cuerdas fracasó inicialmente porque los físicos subestimaron su alcance.

Sobre la base de este modelo, se creó la teoría de cuerdas bosónicas, que sigue siendo la primera versión de la teoría de cuerdas que se enseña a los estudiantes. Esta teoría se formula en términos de la acción de Polyakov , que se puede utilizar para predecir el movimiento de una cuerda en el espacio-tiempo. El procedimiento para cuantificar la acción de Polyakov lleva al hecho de que la cuerda puede vibrar de varias formas, y cada forma de vibración genera una partícula elemental separada. La masa de una partícula y las características de su interacción están determinadas por la forma en que vibra la cuerda o, para decirlo metafóricamente, por la "nota" que se extrae de la cuerda. La gama así obtenida se denomina espectro de masas de la teoría de cuerdas.

Los modelos originales incluían hilos abiertos, es decir, hilos con dos extremos libres, y cerrados, es decir, bucles. Estos dos tipos de cuerdas se comportan de manera diferente y generan dos espectros diferentes. No todas las teorías de cuerdas modernas usan ambos tipos; algunos se las arreglan solo con cadenas cerradas.

La teoría de cuerdas bosónica no está exenta de problemas. En primer lugar, la teoría tiene una inestabilidad fundamental que sugiere la desintegración del propio espacio-tiempo. Además, como sugiere su nombre, el espectro de partículas se limita solo a los bosones . A pesar de que los bosones son un ingrediente importante en el universo, el Universo no solo está compuesto por ellos. La investigación sobre cómo se pueden incluir los fermiones en el espectro de la teoría de cuerdas condujo al concepto de supersimetría , la teoría de la relación entre bosones y fermiones, que ahora tiene un significado independiente. Las teorías que incluyen vibraciones de cuerdas fermiónicas se denominan teorías de supercuerdas .

En la teoría de cuerdas bosónica, uno encuentra el valor (suma 1 + 2 + 3 + 4 + ⋯ ) al intentar calcular los posibles niveles de energía de una cuerda, es decir, el nivel de energía más bajo. $-\frac{1}{12}$