Teoria das cordas, a candidata à teoria de tudo

A teoria das cordas descreve interações e partículas como cordas vibratórias relativísticas dinâmicas .

É o melhor candidato para se tornar a teoria de tudo, já que a teoria da relatividade geral de Einstein e muitos dos aspectos da mecânica quântica nascem naturalmente dela.

Portanto, um quark e um elétron seriam cordas que vibram em modos diferentes. Além disso, essas cordas vivem em um mundo de 10 dimensões espaciais e 1 dimensão temporal.

De acordo com o modelo de string, 6 dimensões seriam compactificado em espaços matemáticos chamados Calabi-Yau.

O conceito de supersimetria também está incluído na teoria, tornando-se a teoria das supercordas.

Durante a década de 1960, houve certos resultados da interação nuclear forte que não podiam ser explicados pela física teórica da época.

A Físico italiano chamado Gabriele Veneziano encontrou uma função matemática antiga chamada Função beta de Euler , que coincidentemente descreveu esses resultados experimentais da força nuclear strong.

A partir desses resultados de Veneziano, físicos como Leonard Susskind ou Yoichiro Nambu relacionaram o modelo de função beta de Euler como uma teoria relativística das cordas vibratórias. Diferentes modos de vibração dariam origem a diferentes partículas subatômicas.

A princípio parecia que estaríamos diante de uma teoria que poderia explicar os fundamentos de todas as teorias existentes. Porém, logo surgiram problemas.

Este modelo deu origem a um conceito conhecido como fantasmas . Fantasmas são eventos que resultam em probabilidades negativas, incompatíveis com a mecânica quântica.

Outro problema era que essa teoria Descreveu apenas o comportamento dos bósons e não dos férmions , constituintes essenciais da matéria.

O problema dos fantasmas foi resolvido considerando que a teoria das cordas vivia em um espaço de 26 dimensões . Porém, isso não agradou muito aos físicos teóricos da época, pois segundo a nossa experiência vivemos num universo tridimensional.

Para resolver este problema o conceito de supersimetria foi introduzido . A supersimetria relacionou bósons e férmions de modo que cada férmion tinha um superparceiro bosônico e cada bóson um superparceiro fermiônico.

Por exemplo, O parceiro supersimétrico do elétron é o selétron e o superparceiro fermiônico do fóton, o fotino.

Esse conceito de supersimetria reduziu as dimensões de 26 para 10 e também abriu espaço para férmions dentro da teoria.

Entre 1984 e 1986 houve uma série de avanços na teoria das cordas com os quais se entendeu que este modelo poderia descrever todas as partículas e suas interações em um nível mais fundamental. Os pioneiros desta revolução das supercordas foram os físicos Michael Green e John Schwarz.

Durante esses anos, também surgiram diferentes teorias sobre supercordas, especificamente a 5.

Durante a década de 80 surgiram 5 teorias diferentes de cordas, cada uma com suas peculiaridades. Os físicos não entendiam toda a diversidade de modelos que surgiam.

Entre 1994 e 1997, ocorreram muitos avanços que resolveram este problema. Este período é hoje chamado de segunda revolução das supercordas.

Os físicos teóricos descobriram que as 5 teorias de cordas existentes na verdade Eram lados diferentes da mesma moeda. e que todos eles estavam relacionados através de transformações matemáticas chamadas dualidades.

Alguns exemplos são S-dualidade, T-dualidade ou U-dualidade .

Esses aspectos matemáticos estão fora do escopo desta publicação, pois requerem conhecimentos avançados de matemática.

Como vimos, existem diferentes maneiras de modelar a teoria das supercordas. Todos eles estão relacionados entre si por meio de transformações matemáticas.

Este modelo foi descrito por Michael Green e John Schwarz e descreve cordas abertas e fechadas propagando-se no espaço-tempo de 10 dimensões. Este tipo de modelo de cordas também inclui estruturas de dimensões superiores chamadas branas.

A teoria das cordas tipo IIA, muito semelhante à IIB, descreve cordas fechadas que se propagam em 10 dimensões. Difere do IIB em certos aspectos simétricos da quiralidade.

Como o anterior, o modelo de cordas IIB inclui cordas fechadas que se estendem em um espaço-tempo de 10 dimensões. Existem diferenças simétricas com a teoria IIA.

As cordas heteróticas têm uma parte que vive em 10 dimensões. No entanto, outra parte das cordas vive em 26 dimensões. Graças ao grupo especial de simetria ortogonal de 32 dimensões podemos manipular matematicamente 16 das 26 dimensões para obter novamente 10 dimensões. A dualidade T relaciona a teoria das cordas SO(32) e E8xE8.

Esta teoria é quase igual à anterior. Neste caso utilizamos o grupo formado pelo produto cartesiano do grupo de Lie E8 para podermos tratar essas 16 dimensões extras e obter as 10 dimensões típicas da teoria das cordas.