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por�Natalie Wolchover� del Sitio Web�SimonsFoundation�
traducci�n de
Adela Kaufmann � � �
� � � D�cadas de confusos experimentos Tienen a los f�sicos considerando una alarmante posibilidad...
El universo podr�a no tener sentido � � En una nublada tarde a finales de abril, profesores y estudiantes de f�sica se congregaron en una sala de conferencias con paneles de madera en la Universidad de Columbia para una charla de�Nima Arkani-Hamed, un te�rico de alto perfil visitando del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton en las inmediaciones, N.J. � Con su cabello oscuro y largo hasta los hombros empujado detr�s de las orejas, Arkani-Hamed expuso las duales, aparentemente contradictorias implicaciones de los resultados experimentales recientes en�el Gran Colisionador de Hadrones en Europa.
El espectacular�descubrimiento del Bos�n de Higgs�en Julio de 2012 confirm� una teor�a casi 50 a�os de antig�edad, de c�mo las part�culas elementales adquieren masa, lo que les permite formar grandes estructuras como galaxias y seres humanos.
Sin embargo, para que el Bos�n de Higgs tenga sentido con la masa (o energ�a equivalente) se determin� que, el LHC necesita encontrar una multitud de otras part�culas, tambi�n. � Ninguna apareci�. � �
"El universo es imposible", dijo Nima Arkani-Hamed, de 41 a�os, del Instituto de Estudios Avanzados, durante una reciente charla en la Universidad de Columbia. (Foto: Natalie Wolchover / Simons Science News) � � Con el descubrimiento de una sola part�cula, los experimentos del LHC profundizaron un profundo problema en la f�sica que hab�a estado ferment�ndose durante d�cadas. � Las ecuaciones modernos parecen captar la realidad con una impresionante precisi�n, predecir correctamente los valores de muchas constantes de la naturaleza y la existencia de part�culas como el Bos�n de Higgs. � Sin embargo, unas pocas constantes - incluida la masa del Bos�n de Higgs - son exponencialmente diferentes de lo que �stas leyes en las que confiamos indican que deber�an ser, de manera que descartar�an cualquier posibilidad de vida, a menos que el universo est� formado por inexplicables finas afinaciones y cancelaciones. � En peligro es la noci�n de "naturalidad", el sue�o de Albert Einstein de que las leyes de la naturaleza son sublimemente hermosas, inevitables y aut�nomas.�Sin ellas, los f�sicos se enfrentan a la dura perspectiva de que�esas leyes son tan s�lo un resultado arbitrario, desordenado de las fluctuaciones aleatorias en el tejido del espacio y el tiempo. � El LHC se reanudar� rompiendo protones rompiendo en 2015 en una b�squeda desesperada de respuestas. � Sin embargo, en documentos, conversaciones y entrevistas, Arkani-Hamed y muchos otros grandes f�sicos ya est�n enfrentando la posibilidad de que el universo podr�a ser antinatural.�(Hay un gran desacuerdo, sin embargo, acerca de lo que se necesitar�a para demostrarlo.)
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"Hay frustrantes problemas te�ricos en la teor�a de los campos cu�nticos que demandan soluciones, pero el "paisaje" de la teor�a de cuerdas de 10500�soluciones, no tiene sentido para m�. �Tampoco el concepto del multiverso o del principio antr�pico " dijo David J. Gross, un f�sico ganador del Premio Nobel. Para leer la entrevista completa, haga clic�aqu��. � � Los f�sicos razonan que si�el universo no es natural, con constantes fundamentales extremadamente improbables que hacen posible la vida, entonces, un gran n�mero de universos deben existir, para que nuestro improbable caso se haya realizado. � De lo contrario, �por qu� deber�amos tener tanta suerte?�La no-naturalidad dar�a un gran empuj�n a�la hip�tesis del multiverso, que sostiene que nuestro universo es una burbuja en una infinita e inaccesible espuma. � De acuerdo con un marco popular, pero polarizante llamado�teor�a de las cuerdas, el n�mero de posibles tipos de universos que pueden surgir en un multiverso es de alrededor de 10500.� En algunos de ellos, las cancelaciones al azar producir�an las�extra�as constantes�que observamos. � En este cuadro, no todo acerca de este universo es inevitable, haci�ndolo impredecible. � Edward Witten, un te�rico de cuerdas en el Instituto, dijo por correo electr�nico,
Lo que el LHC hace o no descubre en su pr�xima carrera probablemente prestar� apoyo a una de dos posibilidades: o bien vivimos en un universo demasiado complicado, pero independiente, o vivimos en una burbuja at�pica en el multiverso.
� � � Coincidencia C�smica � Einstein�escribi� una vez�que para un cient�fico,
De hecho, a lo largo del siglo 20, la creencia profundamente arraigada de que las leyes de la naturaleza son armoniosas - la creencia en la "naturalidad" - ha demostrado ser una gu�a confiable para descubrir la verdad.
En la pr�ctica, es el requisito de que las constantes f�sicas (masas de part�culas y otras propiedades fijas del universo) surgen directamente de las leyes de la f�sica, en lugar de ser resultantes de cancelaciones improbables. � Una y otra vez, cada vez que una constante aparece afinada, como si su valor inicial hubiese sido m�gicamente marcado para compensar otros efectos, los f�sicos sospechaban que les faltaba algo.�Ellos buscar�an e inevitablemente encontrar�an alguna part�cula o caracter�stica que marc� materialmente la constante, evitando la cancelaci�n afinada. � Esta vez, las fuerzas de autocuraci�n del universo parecen estar fallando. � El Bos�n de Higgs tiene una masa de 126 giga-electr�n-voltios, pero la interacci�n con las otras part�culas conocidas deber�n a�adirle unos 10.000.000.000.000.000.000�giga-electr�n-voltios a su masa. � Esto implica que la "masa desnuda", el Bos�n de Higgs "o valor inicial antes de que otras part�culas le afecten,� pasa a ser el negativo de ese n�mero astron�mico, lo que resulta en�una cancelaci�n casi perfecta�que deja s�lo un toque de Higgs detr�s: 126 giga-electr�n-voltios. � Los f�sicos han pasado por tres generaciones de aceleradores de part�culas en busca de nuevas part�culas, postuladas por una teor�a llamada�supersimetr�a, que impulsar�a la masa del Higgs con tanta� exactitud como las part�culas conocidas lo impulsan hacia arriba. � Pero hasta ahora�han resultado con las manos vac�as�. � El LHC actualizada explorar� escalas de energ�a cada vez m�s altas en su pr�xima carrera, pero incluso si se encuentran nuevas part�culas, casi sin duda ser�n demasiado pesadas para influir en la masa Higgs de manera correcta.�El Higgs todav�a parecer� por lo menos 10 o 100 veces demasiado liviano. � Los f�sicos no est�n de acuerdo sobre si esto es aceptable en un universo natural, independiente.
Pero en opini�n de Arkani-Hamed, siendo,
Si no aparecen nuevas part�culas y el bos�n de Higgs permanece astron�micamente afinado, entonces�la hip�tesis del multiverso�dar� zancadas a la luz.
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Foro Brookhaven 2013 David Curtin, a la izquierda, un investigador postdoctoral en la Universidad de Stony Brook, y Alessandro Strumia, un f�sico del Instituto Nacional de F�sica Nuclear de Italia, discutiendo la idea de la "naturalidad modificada" de Strumia, que cuestiona los supuestos de larga data acerca de c�mo calcular el valor natural de la masa del bos�n de Higgs. (Foto: Thomas Lin / Simons Science News) � � Unos f�sicos - especialmente�Joe Lykken�del Laboratorio del Acelerador Nacional Fermi en Batavia, Illinois, y�Alessandro Strumia�de la Universidad de Pisa�en Italia - ven una tercera opci�n. � Dicen que los f�sicos podr�an estar calculando o midiendo mal los efectos de otras part�culas en la masa del Higgs y que cuando la calculan de forma diferente, su masa parece natural. � Esta "naturalidad modificada" (A Modified Naturalness Principle and Its Experimental Tests) se tambalea cuando� part�culas adicionales, tales como los componentes desconocidos�de la materia oscura se incluyen en los c�lculos, pero el mismo camino poco ortodoxo podr�a generar otras ideas.
Sin embargo, la naturalidad modificada no puede solucionar un problema de naturalidad a�n m�s grande que existe en la f�sica: � El hecho de que el cosmos no fue instant�neamente aniquilado por su propia energ�a el momento despu�s del Big Bang. � � � � Oscuro Dilema � La energ�a formada en el vac�o del espacio (conocido como energ�a del vac�o, energ�a oscura y constante cosmol�gica) es desconcertantemente billones de billones de billones de billones de billones de billones de billones de billones de billones de billones de veces m�s peque�o que lo que se calcula ser su valor natural, aunque autodestructivo. � No existe una teor�a sobre lo que podr�a, de forma natural, solucionar esta gigantesca disparidad. � Pero est� claro que la constante cosmol�gica tiene que ser enormemente ajustada para evitar que el universo explote o colapse r�pidamente hasta un punto.�Tiene que ser ajustado para que la vida tenga una oportunidad. � Para explicar este absurdo de la suerte, la idea del multiverso ha ido creciendo en la corriente principal en los c�rculos cosmol�gicos en los �ltimos decenios. � Yo recib� un impulso credibilidad en 1987, cuando el ganador del Premio Nobel, el f�sico�Steven Weinberg, ahora profesor en la Universidad de Texas en Austin, calcul� que la constante cosmol�gica de nuestro universo�es esperada en el escenario del multiverso (Anthropic Bound on The Cosmological Constant). � De los universos posibles aptos para la vida - los �nicos que se pueden observar y contemplar, en primer lugar - y el nuestro es uno de los menos afinados.
La mayor�a de los f�sicos de part�culas esperan que una explicaci�n m�s comprobable para el problema constante cosmol�gica sea encontrada.�Ninguno lo ha sido.�Ahora, los f�sicos dicen que la falta de naturalidad del Higgs hace la no-naturalidad de la constante cosmol�gica m�s significativa. � Arkani-Hamed cree que cuestiones puedan incluso estar relacionados.
El multiverso se convirti� en poco m�s que�un argumento que agita la mano en el a�o 2000, cuando�Rafael Bousso�y�Joe Polchinskin, un� profesor de f�sica te�rica en la Universidad de California en Santa Barbara, encontraron un mecanismo que podr�a dar lugar a�un panorama de universos paralelos . � La teor�a de cuerdas, una hipot�tica "teor�a del todo" que considera las part�culas como diminutas e invisibles l�neas vibrantes, postula que el espacio-tiempo es 10-dimensional. � A escala humana, experimentamos s�lo tres dimensiones espaciales y una de tiempo, pero los te�ricos de cuerdas sostenemos que seis dimensiones extra est�n amarradas en cada punto en el tejido de nuestra realidad 4-D. � Bousso y Polchinski calcularon (Quantization of Four-form Fluxes and Dynamical Neutralization of the Cosmological Constant) que hay alrededor de 10500�formas diferentes para anudar esas seis dimensiones (todas vinculando diferentes cantidades de energ�a), haciendo una inconcebiblemente vasta y diversa variedad de universos posibles. � En otras palabras,�no se requiere la naturalidad. � No hay un solo, inevitable universo perfecto.
Pero el documento provoc� indignaci�n.
� � � La vida en un Multiverso � El�Big Bang, en el escenario del multiverso de Bousso-Polchinski, es�una fluctuaci�n.�Un nudo compacto, de seis dimensiones que conforma una puntada en el tejido de la realidad repentinamente cambia de forma, liberando energ�a que forma una burbuja de espacio y tiempo. � Las propiedades de este nuevo universo�son determinadas por casualidad:
La gran mayor�a de universos que estallan a ser de esta manera son gruesos de energ�a del vac�o, ya sea se expanden o se contraen tan r�pidamente que la vida no puede surgir en ellos. � Pero algunos universos at�picos, en los que la improbable cancelaci�n produce un peque�o valor de la constante cosmol�gica, son muy parecidos a los nuestros. � � �
En el escenario del multiverso, una amplia y diversa gama de universos de burbuja Fluct�an a la existencia en el interior de un vac�o m�s grande. Una peque�a fracci�n de los universos tiene propiedades f�sicas favorables para la vida. � � � En un art�culo publicado el mes pasado en el sitio Web de f�sica para pre-impresi�n, arXiv.org (Why Comparable? A Multiverse Explanation of the Dark Matter), Bousso y un colega de Berkeley,�Lawrence Hall, argumentan que la masa de Higgs tiene sentido en el escenario multiverso, tambi�n. � Ellos encontraron que los universos burbuja que contienen suficiente materia visible (en comparaci�n con la materia oscura) para sustentar la vida m�s a menudo tienen part�culas supersim�tricas m�s all� del rango de energ�a del LHC, y un afinado Higgs Boson. � Del mismo modo,�otros f�sicos en 1997 mostraron�que si el Bos�n de Higgs fuera cinco veces m�s pesado de lo que es, esto suprimir�a la formaci�n de �tomos que no son de hidr�geno, dando como resultado, por otro medio, en un universo sin vida. � A pesar de estas explicaciones, aparentemente exitosas, muchos f�sicos se preocupan de que hay poco que ganar al adoptar la visi�n del mundo multiverso. � Los universos paralelos no pueden ser probados, peor a�n, un universo poco natural resiste la comprensi�n.
Ese sentimiento tiene eco una y otra vez:
Pero las teor�as pueden crecer con los f�sicos. � Despu�s de pasar m�s de una d�cada aclimat�ndose al multiverso, Arkani-Hamed ahora lo encuentra plausible - y una ruta viable para la comprensi�n de las formas de nuestro mundo.
� La naturalidad podr�a salir adelante.�O podr�a ser una falsa esperanza en un bolsillo extra�o pero c�moda del multiverso. � Como Arkani-Hamed dijo a la audiencia en Colombia, "estad atentos."� � � � � |
