sábado, 25 de julio de 2009

La teoría de cuerdas ofrece una explicación para la superconductividad

El corazón humano es un instrumento de muchas cuerdas; el perfecto conocedor de los hombres las sabe hacer vibrar todas, como un buen músico.

Charles Dickens

Desde Nature

Por Eric Hand
Traducción: KC



Hasta hace poco, la teoría de las cuerdas - largamente anunciada como una "teoría del todo" - no había sido especialmente buena en explicar nada.

Sin embargo, este mes en un taller del Instituto Kavli de Física Teórica de Santa Bárbara, California, los científicos han estado utilizando la teoría para avanzar en la solución de uno de los mayores rompecabezas en 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 sustentan el universo observable. A pesar de que la premisa básica sigue siendo muy dudosa - y hasta ahora imposible de probar experimentalmente - algunas de las herramientas matemáticas utilizadas en la teoría de las cuerdas en los últimos años se han aplicado para describir el comportamiento del plasma de partículas calientes y celosías de los átomos superenfriados.

La última afirmación de la teoría de las cuerdas es que es una herramienta clave para explicar el comportamiento normal de los materiales que conducen electricidad sin resistencia a temperaturas relativamente altas. La teoría convencional que explica la superconductividad 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 70 K, sigue siendo una especie de misterio. Al explicar el para los regímenes más fríos de la materia condensada. Las mismas herramientas de la teoría de cuerdas han contribuido a explicar el comportamiento normal de estos materiales justo por encima de su temperatura de superconducción, los teóricos de cadenas esperan conseguir un mejor manejo de superconductividad de alta temperatura en sí.

"Esto sugiere que estamos al borde de la comprensión de un nuevo estado de la materia mediante una descripción de la teoría de cuerdas", dice Subir Sachdev, un teórico de materia condensada en la Universidad de Harvard en Cambridge, Massachusetts, que co-organizó el taller. En el taller, Sachdev y sus colaboradores distribuyeron un artículo, todavía ni siquiera en preimpresión, en el que proponen un modelo de teoría de cuerdas para la supercondución de alta temperatura.

Encontrar nuevas aplicaciones de la matemática de la teoría de las cuerdas es un nuevo impulso para el campo, dice el investigador postdoctoral de la Universidad de Harvard Sean Hartnoll, otro taller de co-organizador. "Ahora tiene la sensación de ser un crisol de ideas".

Complejidad Barroca

La teoría de las cuerdas que comenzó a finales de los años 1960 como un instrumento para explicar la fuerza fuerte entre las partículas nucleares, pero fue sustituido en la década de 1970 por la más exitosa teoría de cromodinámica cuántica (QCD). La teoría de las cuerdas continuó en su propia dirección, adquiriendo capas cada vez más barrocas de complejidad matemática. Algunos físicos encontraron el anatema de que la única forma en que sus resultados podrían ser comprobados requería energías muy superiores a las que se obtenían en aceleradores de partículas.

Pero en 2005, la teoría de cuerdas encontró su camino, aunque indirectamente, en un acelerador: el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC) en el Brookhaven NationalLaboratory de Nueva York. Los científicos descubrieron que la teoría de las cuerdas podría ser tan útil como QCD en la explicación de la fuerza nuclear fuerte involucrada en un plasma quark-gluon. Este nuevo estado de la materia, que comprende los componentes básicos de los protones y los neutrones, se creó en la masa caliente de iones de oro generados en el RHIC. La clave de este descubrimiento fue una técnica matemática de la teoría de las cuerdas que encarna los principios de la holografía, en la que la información contenida en una dimensión superior puede ser embebida en un menor número de dimensiones - como una imagen tridimensional se puede almacenar en un holograma plano de dos dimensiones.

Desde entonces, investigadores como Sachdev y Hartnoll han ampliado las técnicas holográficascomportamiento cuántico de los puntos críticos - los cambios en la materia enfriada cerca de cero absoluto, cuando los efectos de la mecánica cuántica empiezan a dominar su comportamiento.

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

El renombrado crítico de la teoría de las cuerdas Peter Woit, un matemático de la Universidad de Columbia en Nueva York, dice que el uso de la teoría de las cuerdas como un instrumento de esta forma podría ser útil, pero no son evidencias de la teoría de las cuerdas en sí. "El hecho de que un modelo funcione en un contexto, no significa que se puede conseguir unificar la física y obtener una teoría fundamental de la realidad", dice.

Joseph Polchinski, teórico de cuerdas en el Kavli Institute y organizador de la tercera conferencia, sostiene que si las mismas herramientas de la teoría de cuerdas que se utilizan para describir los agujeros negros pueden ayudar a explicar el comportamiento de los electrones en un metal, el uso cruzado permitirá aplicaciones de la teoría de las cuerdas en un área que beneficiará a otros campos

La emoción es contagiosa, agrega. El instituto recibió 110 solicitudes para sólo 30 lugares en el seminario - el taller más a fondo en su historia. Una hazaña teniendo en cuenta que cuando se organizó hace 18 meses había menos de una docena de trabajos publicados sobre el tema. "Fue claramente una buena apuesta", dice Polchinski. "Es evidente que hay nueva e interesante ciencia aquí".

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