¿Puede El Lhc Probar La Teoría De Cuerdas?

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La teoría de cuerdas es la idea básica de que todo en el universo está compuesto fundamentalmente por cuerdas vibrantes. ¿puede el lhc probar que es verdad?

Cuando el Gran Colisionador de Hadrones se encendió por primera vez en 2008, aparentemente había infinitas posibilidades (e ideas) para lo que podría encontrar. Tal vez detectaría el escurridizo bosón de Higgs, que ayudaría a los científicos a confirmar cómo otras partículas ganan masa. Tal vez descubriría una gran cantidad de nuevas partículas que darían a los físicos no solo la confirmación de la supersimetría, sino también una bonanza de nueva ciencia para estudiar. Tal vez crearía un nuevo universo donde estuviera bien comer Cheetos para la cena y los protones se parecían a Froot Loops.

Algunas de estas posibilidades eran más probables que otras. Y algunos de ellos (ejem) no estaban, de hecho, dentro del alcance del LHC. Si bien los detractores predijeron que los mini Big Bangs del LHC crearían agujeros negros que destruirían el mundo y comerían el universo como tantos Cheetos para la cena, la verdad es que no había muchas teorías que el LHC pudiera probar o refutar.

Y en términos de ese alcance: No, el LHC no probará la teoría de cuerdas, pero podría proporcionar evidencia para respaldar ideas que son fundamentales para la teoría de cuerdas.

Piénsalo así: estoy caminando y veo un túnel. Creo que el túnel podría tener algún tipo de riachuelo que lo atraviese, así que lanzo una bola y veo qué sucede cuando sale por el otro lado. Si la bola sale empapada, podría decir que apoya totalmente mi teoría de que el túnel contenía una corriente. Pero alguien más podría decir que apoya la teoría de que hay un rociador en el túnel. Otro más podría decir que en realidad está lloviendo en el túnel, y una bola húmeda es la única cosa para probarlo.

Lo único que podemos decir con certeza es que la bola húmeda respalda todas esas teorías, y tal vez descarta la teoría de que el túnel está completamente seco. En el LHC, los físicos con ideas muy dispares están buscando afirmaciones de que "la bola está mojada" para apoyar (o refutar) las teorías sobre cómo funcionan las partículas (y el universo). Una de esas teorías es la teoría de cuerdas.

La teoría de cuerdas básicamente dice que las partículas están compuestas de energías que se asemejan a cuerdas vibrantes. Las vibraciones distintivas de las cuerdas crean todas las diferentes partículas y fuerzas. Entonces, fundamentalmente, toda la materia y las fuerzas en el universo están hechas de estas cuerdas vibrantes [fuente: Greene]. Pero aquí hay un dato divertido: la teoría de cuerdas no se convierte realmente en una teoría unificadora, una que pueda explicar los elementos de cada fuerza y ​​partícula en el universo, a menos que resulte que el universo también tenga más de tres dimensiones. Lo cual, ya sabes, es difícil conseguir que muchos físicos se den la mano.

Y por una buena razón. Al no ser Hogwarts, no podemos simplemente adentrarnos en otra dimensión para comprobar si realmente existe. Solo podemos mirar alrededor y ver tres dimensiones observables frente a nosotros. Pero puede ser capaz de convencerse a sí mismo para que lo crea si piensa que las dimensiones son realmente muy pequeñas... tal vez sean demasiado pequeñas para verlas.

Eso crea un problema: si las dimensiones necesarias son demasiado pequeñas para verlas, ¿cómo podemos observar, o incluso probar una hipótesis sobre la teoría de cuerdas?

Ahí es donde entra en juego el LHC. Hay algunas ideas que se están desarrollando para probar algunas de las características de la teoría de cuerdas. Uno es bastante sencillo: el modelo más simple de la teoría de cuerdas predice la existencia de partículas superpartner. Básicamente, estos son socios mucho más pesados ​​de los quarks y leptones del Modelo estándar que los físicos ya han observado, y que unirían la fuerza y ​​la materia. Los físicos esperaban encontrar superpartners en la misma masa que los Higgs, pero aún no lo han hecho. Por lo tanto, el LHC está haciendo todo lo posible para tratar de encontrar esas partículas superpartner, tanto en sus últimas colisiones de protones como en futuros experimentos con energías aún más altas. La "bola húmeda" en este caso, las partículas superparte, también apoyaría la teoría de las supersimetrías, que está conectada a la teoría de cuerdas, pero está separada de ella.

El LHC también puede saltar en la búsqueda de esas dimensiones ultra pequeñas que tendrían que existir para que la teoría de cuerdas funcione como una teoría unificada. Si esas dimensiones existen, estaríamos nadando en ellas. El LHC puede agrupar protones para producir nuevas partículas, tal como lo ha estado haciendo. Al sumar la energía de las partículas formadas en las colisiones y restarla de la energía de las partículas antes de la colisión, podemos determinar si parte de la energía es MIA. Si es así, podríamos decir: "Oye, no sabemos a dónde fue esa energía, pero tal vez esté en otra dimensión".

Esta vez, la bola húmeda es la diferencia de energía antes y después de la colisión. De nuevo, esto no sería "probar" la teoría de cuerdas o incluso las dimensiones adicionales. Pero sería un descubrimiento científico que apoya algunas de las cosas necesarias para que funcione la teoría de cuerdas.

Lo que no podemos predecir es si la teoría de cuerdas madurará en una hipótesis científica que podamos probar u observar. En este momento, una de las razones por las que es tan controvertido es que muchos físicos no creen que sea posible realizar pruebas y, lo que es más importante, no creen que sea posible demostrar que son falsas. Algunos en la comunidad física se sienten cómodos diciendo que la teoría de cuerdas no es falsificable [fuente: Nature Physics]. (Eso significa que tienes que ser capaz de refutar la hipótesis, no solo de confirmarla).

Entonces, si bien podemos estar razonablemente seguros de que no, el LHC no va a probar que la teoría de cuerdas es verdadera usando colisiones de protones, los físicos podrían encontrar alguna evidencia que no lo demuestre.

Nota del autor: ¿Puede el LHC probar la teoría de cuerdas?

Escucha, estoy tan aterrorizada como el siguiente que dice que la teoría de cuerdas es buena o mala. Los físicos están locos al respecto, en ambos lados de la moneda. Para obtener más información sobre la teoría de cuerdas o la controversia que la rodea, consulte las fuentes para obtener más información.

Fuentes:

  • Brumfiel, Geoff. "Los teóricos se dan un festín con los datos de Higgs". Naturaleza. 18 de julio de 2012. (25 de julio de 2014) //nature.com/news/theorists-feast-on-higgs-data-1.11018
  • Butterworth, Jon. "Primera evidencia de la teoría de cuerdas en el Gran Colisionador de Hadrones". El guardián. 1 de abril de 2012. (25 de julio de 2014) //theguardian.com/science/life-and-physics/2012/apr/01/1
  • Grant, Andrew. "El hombre que toca todas las cuerdas". Descubre la revista. 9 de marzo de 2010. (25 de julio de 2014) //discovermagazine.com/2010/extreme-universe/08-discover-interview-man-who-plucks-all-the-strings
  • Jones, Andrew Zimmerman. "¿Se puede probar la teoría de cuerdas?" ESTRELLA NUEVA. 24 de septiembre de 2012. (25 de julio de 2014) //pbs.org/wgbh/nova/blogs/physics/2012/09/can-string-theory-be-tested/
  • Livio, Mario. "¿Cómo podemos saber si existe un multiverso?" Correo Huffington. 13 de diciembre de 2012. (25 de julio de 2014) //huffingtonpost.com/mario-livio/how-can-we-tell-if-a-multiverse-exists_b_2285406.html
  • Física de la naturaleza. "Atado con una cuerda?" 2006. (25 de julio de 2014) //nature.com/nphys/journal/v2/n11/full/nphys460.html
  • Strassler, Matt. "¿El LHC simplemente descartó la teoría de cuerdas?" De particular importancia. 17 de septiembre de 2013. (25 de julio de 2014) //profmattstrassler.com/2013/09/17/did-the-lhc-just-rule-out-string-theory/
  • El economista. "La vida después de Higgs". 19 de julio de 2012. (25 de julio de 2014) //economist.com/blogs/babbage/2012/07/qa-brian-greene
  • La aventura de partículas. "Misterios sin resolver." El Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley. (25 de julio de 2014) //particleadventure.org/extra_dim.html
  • Woit, Peter. Ni siquiera el blog equivocado. (25 de julio de 2014) //math.columbia.edu/~woit/wordpress/?p=533
  • Wolchover, Natalie. "¿Es natural la naturaleza?" Revista quanta. 24 de mayo de 2013. (25 de julio de 2014) //simonsfoundation.org/quanta/20130524-is-nature-unnatural/
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Suplemento De Vídeo: LHC, Gran Colisionador de Hadrones. Catedrales_de_la_Cienca. 50 años del CERN.




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