¿Cuál es el estado actual de la teoría de cuerdas (2013)?

Question

He visto un montón de artículos que hablan de cómo los nuevos descubrimientos del LHC parecen refutar la teoría de (super)cuerdas y/o la supersimetría, o al menos obligan a los físicos a reformularlas y a cambiar predicciones esenciales.

Algunos ejemplos:

• ¿Acaba el Gran Colisionador de Hadrones de desacreditar la teoría de las supercuerdas?
• ¿Ha muerto la supersimetría?
• La Teoría de las Cuerdas, ahora con soporte vital
• La supersimetría no pasa la prueba y obliga a la física a buscar nuevas ideas

Así que me gustaría saber: ¿realmente la teoría de cuerdas se ha visto tan afectada? ¿Está perdiendo terreno en la comunidad científica? ¿Cree que puede recuperarse de ello? ¿Hay alguna teoría alternativa viable o prometedora? (He visto a Michio Kaku en algunos clips diciendo que la teoría de cuerdas es "el único juego en la ciudad").

Nota: una pregunta relacionada es ¿Y si el LHC no ve SUSY? pero estoy pidiendo respuestas más directas a la luz de los resultados encontrados en los últimos 2 años.

Answer 1

La idea que se está cuestionando, aunque ciertamente no se ha refutado todavía, es que hay nuevas partículas, además del bosón de Higgs, que el LHC podrá detectar. Se suponía ampliamente que aparecerían parejas supersimétricas de algunas partículas conocidas, porque podrían estabilizar la masa del bosón de Higgs.

El marco más sencillo para ello es simplemente añadir supersimetría al modelo estándar, y así la mayoría de los modelos de cuerdas del mundo real se construyeron en torno a este "modelo estándar supersimétrico mínimo" (MSSM). En realidad, son los físicos de partículas los que decidirán si el MSSM debe perder su estatus de idea principal para la nueva física. Si cambian a algún "nuevo modelo estándar", entonces los teóricos de cuerdas también cambiarán.

Tanto si se trata del SM, del MSSM o de otra cosa, el reto para los teóricos de las cuerdas es, en primer lugar, encontrar una forma para las dimensiones adicionales que haga que las cuerdas se comporten aproximadamente como las partículas observadas y, en segundo lugar, utilizar ese modelo para predecir algo nuevo. Pero tal como están las cosas, sólo tenemos modelos de cuerdas que se parecen cualitativamente a la realidad.

Este es un ejemplo de hace un año - "Modelos estándar de paquetes de líneas heteróticas" . Verá que los autores hablan de construir "modelos estándar" dentro de la teoría de cuerdas. Eso significa que los estados de baja energía en estos modelos de cuerdas se parecen a las partículas del modelo estándar, con las mismas cargas, simetrías, etc.

Pero eso es sólo el principio. Luego hay que comprobar detalles más finos. En este trabajo se ocupan de otras propiedades como la desintegración del protón, la pesadez relativa de las diferentes generaciones de partículas y las masas de los neutrinos. Eso ya implica mucho análisis. La prueba definitiva sería calcular las masas y los acoplamientos exactos predichos por un modelo concreto, pero eso es todavía demasiado difícil para el estado actual de la teoría, y aún queda trabajo por hacer sólo para converger en un conjunto de modelos que puede estar en lo cierto.

Así que si la supersimetría no aparece en el LHC, los teóricos de las cuerdas cambiarían algunos de estos criterios intermedios por los que juzgan la plausibilidad de un modelo, por ejemplo, si la opinión de la física de partículas cambiara de esperar que la supersimetría aparezca en las energías del LHC, a esperar que la supersimetría sólo aparezca en la escala de Planck. Significaría empezar de nuevo en ciertos aspectos de estos análisis de modelos, porque ahora se han cambiado los detalles de su destino final.

Answer 2

Descargo de responsabilidad: no soy fenomenólogo.

...

Dicho esto, creo que hay dos cuestiones que se confunden aquí:

• La primera es que SUSY es más o menos necesaria para la consistencia matemática de la teoría de cuerdas, sí.
• La otra es que si la naturaleza es supersimétrica a escalas de energía accesibles por el LHC, entonces podríamos tener una solución al problema de la Jerarquía, que es la pregunta de por qué el Higgs es tan ligero cuando a priori esperaríamos que su masa fuera cercana a la masa de Planck, que es algo así como $10^{15}$ más grande.

Tengo entendido que este segundo punto ha sido históricamente una de las fuerzas motrices de la investigación de SUSY (la otra es la teoría de cuerdas, por supuesto), por lo que muchos físicos encuentran preocupante la perspectiva de que no haya SUSY en las escalas del LHC. Sin embargo, esto no es realmente relevante para la teoría de cuerdas en sí.

Answer 3

La supersimetría no está muerta y no puede morir porque es una construcción matemática, hermosa en su simplicidad y poder. Lo que sí puede ser es que no sea física. Se están postulando muchas construcciones de la teoría de cuerdas asumiendo algún tipo de unicidad probada: tipos de compactificaciones, soluciones a varios teoremas de no-go, cancelaciones de anomalías, etc. En todos los casos, la unicidad es simplemente deseada y favorecida por algunos físicos, pero no está demostrada de forma rigurosa. Lo que creo que hay que hacer es empezar por los fundamentos de estas teorías y volver a comprobar todos los supuestos. Mi opinión es que se descubrirá que la teoría de cuerdas no existe (en el sentido matemático de ser isomórfica con una teoría mucho más simple) y que la supersimetría no es una simetría de la naturaleza.