Teoría de Cuerdas y Superconductividad...

Un barroco campo da un soplo de aire fresco en la física de materia condensada.

Hasta recientemente, la Teoría de Cuerdas – anunciada desde hace mucho como una ‘teoría del todo’ — no había sido particularmente buena explicando nada, pero en un taller este mes en el Instituto Kavli de Física Teórica en Santa Bárbara, California, los científicos han estado usando la teoría para hacer progresos en abordar uno de los mayores misterios de la física de materia condensada: el origen de la superconductividad de alta temperatura.

La Teoría de Cuerdas sugiere que cuerdas vibrantes que existen en 10 dimensiones apuntalan el universo observable. Aunque tal premisa básica aún está muy en duda — y por el momento es imposible de comprobar experimentalmente — algunas de las herramientas matemáticas usadas en la Teoría de Cuerdas en los últimos años se han aplicado para describir el comportamiento de partículas de plasmas calientes y redes superenfriadas de átomos.

La última afirmación de la Teoría de Cuerdas es que es una herramienta clave para explicar el comportamiento normal de materiales que conducen la electricidad sin resistencia a temperaturas relativamente altas. La teoría que explica la superconductividad convencional a temperaturas cercanas al cero absoluto está bien desarrollada — pero la teoría que explica el comportamiento de una segunda clase de materiales, que pueden superconducir a temperaturas de hasta 70K, sigue siendo un misterio. Explicando el comportamiento normal de estos materiales justo por encima de la temperatura de superconducción, los teóricos de cuerdas esperan lograr un mejor manejo de la propia superconductividad a alta temperatura.

“Sugiere que estamos al borde de la comprensión de un nuevo estado de la materia usando una descripción de la Teoría de Cuerdas”, dice Subir Sachdev, teórico de materia condensada en la Universidad de Cambridge en Massachusetts, que co-organizó el taller. En el taller, Sachdev y sus colaboradores hicieron circular el artículo, aún ni siquiera en preimpresión, en el cual sostienen su afirmación de un modelo de Teoría de Cuerdas para los superconductores de alta temperatura.

Encontrar nuevas aplicaciones para las matemáticas de la Teoría de Cuerdas es revitalizante para el campo, dice el investigador de posdoctorado de la Universidad de Harvard Sean Hartnoll, otro co-organizador del taller. “Ahora tiene el sentimiento de ser un caldero de ideas”.

Complejidad barroca

La Teoría de Cuerdas se inició a finales de la década de 1960 como una herramienta para explicar las fuerzas fuertes entre las partículas atómicas nucleares, pero fue reemplazada en la década de 1970 por la más exitosa teoría de la cromodinámica cuántica (QCD). La Teoría de Cuerdas tomó su propio camino, adquiriendo capas cada vez más barrocas de complejidad matemática. Algunos físicos encuentran anatema que la única forma de que puedan comprobarse las teorías resultantes requiera energías mucho mayores de las actualmente posibles de lograr en los aceleradores de partículas.

Pero en 2005, la Teoría de Cuerdas finalmente encontró su camino, aunque indirectamente, en un acelerador: el Colisionador de Iones Pesados Relativista (RHIC) en el Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York. Los científicos descubrieron que la Teoría de Cuerdas podía ser tan útil como la QCD para explicar las fuerzas nucleares fuertes implicadas en un plasma de quark–gluón. Este nuevo estado de la materia, comprendiendo los constituyentes básicos de protones y neutrones, se creó en el caliente puré generado en el RHIC. La clave de este descubrimiento una técnica matemática de la Teoría de Cuerdas que abarca los principios de holografía, en los que la información contenida en una dimensión superior puede incrustarse en una dimensión inferior — de la misma forma que las imágenes tridimensionales pueden almacenarse en una holograma plano bidimensional.

Desde entonces, investigadores como Sachdev y Hartnoll han extendido las técnicas holográficas para regímenes más fríos de materia condensada. Las mismas herramientas de la Teoría de Cuerdas han ayudado a explicar el comportamiento de puntos críticos cuánticos — los cambios en la materia enfriada cerca del cero absoluto cuando los efectos mecánico cuánticos empiezan a dominar su comportamiento.

Esto, a su vez, ha permitido a los físicos describir el comportamiento cuántico de una variedad de sistemas, incluyendo redes inducidas por láser de átomos superfríos, y ahora la superconductividad de alta temperatura.

El famoso crítico a la Teoría de Cuerdas, Peter Woit, matemático en la Universidad de Columbia en Nueva York, duce que usar la Teoría de Cuerdas como herramienta de esta forma puede ser útil, pero no son pruebas de la propia teoría. “Simplemente porque un modelo funcione en un contexto, no significa que puedas unificar toda la física y lograr una teoría fundamental de la realidad”, dice.

Joseph Polchinski, teórico de cuerdas en el Instituto Kavli y el tercer organizador de la conferencia, defiende que si las mismas herramientas de la Teoría de Cuerdas usadas para describir los agujeros negros pueden explicar el comportamiento de los electrones en un metal, el cruce permitirá a la Teoría de Cuerdas aplicaciones en un área que beneficie a otros campos.

El entusiasmo se está contagiando, añade.

“Fue claramente una buena apuesta”, dice Polchinski.

“Está claro que aquí hay una nueva ciencia interesante”.

by.Kanijo