Los teóricos de la "supergravedad" ganan un premio de $ 3 millones en avances físicos

agosto 6, 2019

Los tres arquitectos de la supergravedad están recibiendo un reconocimiento de alto perfil, más de cuatro décadas después de que desarrollaron la teoría influyente.

Sergio Ferrara, Daniel Freedman y Peter van Nieuwenhuizen recibirán un Premio Especial de $ 3 millones en Física Fundamental por su formulación de supergravedad en 1976, anunciaron hoy representantes del Premio de Innovación (6 de agosto).

"El descubrimiento de la supergravedad fue el comienzo de incluir variables cuánticas en la descripción de la dinámica del espacio-tiempo", dijo en un comunicado el presidente del comité de selección, Edward Witten, físico teórico del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, Nueva Jersey. "Es bastante sorprendente que las ecuaciones de Einstein admitan la generalización que conocemos como supergravedad".

Relacionado: El universo: Big Bang hasta ahora en 10 sencillos pasos

El camino a la supergravedad

En las décadas de 1960 y 1970, los investigadores desarrollaron el Modelo Estándar de física de partículas, que describe tres de las cuatro fuerzas conocidas de la naturaleza: el electromagnetismo y las fuerzas nucleares fuertes y débiles.

El modelo estándar ha sido increíblemente exitoso a lo largo de los años. Por ejemplo, predijo la existencia de la bosón de Higgs, que fue descubierto en 2012.

Los bosones, por cierto, son uno de los dos tipos de partículas conocidas, junto con los fermiones. Las dos clases se distinguen por sus "giros" divergentes o momento angular. Los fermiones, que incluyen quarks, leptones y todas las partículas compuestas, tienen giros de medio entero, valores como 1/2 y 1 1/2. La partícula de Higgs, los gluones y otros bosones tienen giros enteros: 0, 1, etc. Esto puede parecer una distinción menor, pero causa enormes diferencias en su comportamiento. Por ejemplo, los fermiones constituyen materia "normal" (en oposición a materia oscura, que comprende el 85% del universo material pero sigue siendo misterioso), y los bosones llevan fuerzas.

Sin embargo, el modelo estándar no está completo. Para empezar, no se trata de la cuarta fuerza fundamental, la gravedad, que describe Albert Einstein teoría de la relatividad general. Además, las masas reales de muchas partículas son mucho más bajas que las predichas por el modelo.

Entonces, los físicos han seguido trabajando para mejorar el Modelo Estándar. Una de las innovaciones llegó en 1973: el concepto de "supersimetría, "que postula que cada una de las partículas conocidas tiene un compañero sin descubrir. Específicamente, cada bosón está emparejado con un" superfermion "y cada fermión con un" superboson ".

Al igual que el modelo estándar, la supersimetría inicialmente no incluía la gravedad. Pero Ferrara, Freedman y van Nieuwenhuizen cambiaron eso.

El trabajo de supergravedad del trío comenzó en 1975, con discusiones entre Ferrara y Freedman en la École Normale Supérieure en París. Estos dos pronto trajeron a van Nieuwenhuizen, que ya estaba trabajando en gravedad cuántica en la Universidad Stony Brook en Nueva York.

Juntos, los tres idearon una teoría de la supersimetría que incluía el gravitino, el compañero supersimétrico del gravitón, que es el bosón hipotético que media la fuerza gravitacional.

Los investigadores escribieron un nuevo programa de computadora para realizar el cálculo final, que era demasiado difícil de hacer a mano, dijo van Nieuwenhuizen. Este cálculo incluyó alrededor de 2.000 términos, todos los cuales tenían que terminar siendo cero para que su nueva teoría de la supergravedad se mantuviera.

Mientras la computadora procesaba los números, escupió estos términos en lotes de 100 o 200, dijo van Nieuwenhuizen. Los ceros seguían llegando, y llegando, y llegando. Finalmente, después de varias horas, apareció el lote final: todos ceros, una vez más.

Sorprendentemente, el júbilo no se apoderó de Van Nieuwenhuizen a raíz de este gran momento. Los investigadores habían estado trabajando en la teoría todos los días durante meses, dijo, por lo que la emoción inmediata, al menos para él, era compleja y en capas, coloreada por la fatiga acumulada.

"Lo comparo con el equivalente científico de la depresión posparto", dijo van Nieuwenhuizen a Space.com. "Produces algo y está ahí afuera, y te quedas atrás, exhausto".

Relacionado: Premio Nobel de Física: 1901-Presente

Un gran impacto

La supergravedad sirve para extender, no reemplazar, la relatividad general. Por ejemplo, Witten incorporó la supergravedad en su prueba de 1981 del teorema de energía positiva en relatividad general, trabajo por el que recibió la prestigiosa Medalla Fields en 1990.

La supergravedad ha influido profundamente en la física teórica en las últimas cuatro décadas. Por ejemplo, demostró que la supersimetría es una explicación viable para los fenómenos que observamos en el universo, incluidos los fenómenos gravitacionales. Y la supergravedad se ha convertido en una pieza integral de teoria de las cuerdas, un famoso candidato a la "teoría de todo" que postula que lo que observamos como partículas son en realidad pequeñas cuerdas vibrantes.

"Cuando pensamos en las grandes obras de la imaginación humana, a menudo nos referimos al arte, la música y la literatura", dijo Yuri Milner, uno de los fundadores del Premio Breakthrough Prize, en la misma declaración. "Pero algunas de las creaciones más profundas y hermosas son las de los científicos. La supergravedad ha inspirado a los físicos durante décadas y puede contener verdades profundas sobre la naturaleza de la realidad".

Los gravitinos también pueden ser un componente de la materia oscura, quizás el componente principal. Pero todavía no sabemos si esa partícula, o alguna de las otras superpartículas hipotéticas, realmente existe; ninguno ha sido observado hasta la fecha.

Eso puede ser solo un reflejo de la limitación de nuestros aceleradores de partículas: podríamos tener que construir algo significativamente más grande y más poderoso que el de Europa Gran Colisionador de Hadrones (LHC), que reveló el bosón de Higgs.

Si hacemos eso, y el gravitino sigue siendo difícil de alcanzar, entonces la supergravedad puede ser una hermosa idea teórica y "no una teoría de la naturaleza", dijo van Nieuwenhuizen.

Reconocimiento retrasado largo

Ferrara y van Nieuwenhuizen dijeron que la noticia del Premio Breakthrough fue impactante, dado que el trío desarrolló la supergravedad hace 43 años.

"Nos sorprendió mucho, porque este es un trabajo antiguo", dijo Ferrara, quien trabaja en la Organización Europea para la Investigación Nuclear, que opera el LHC. (La organización es conocida por el acrónimo francés CERN).

"Por supuesto, estábamos felices de obtener este premio, y estábamos orgullosos de ser reconocidos por este prestigioso comité", dijo a Space.com.

Freedman, que anteriormente trabajaba en el MIT pero ahora es profesor visitante en la Universidad de Stanford, tuvo una respuesta emocional cuando la gente del Premio Breakthrough lo llamó para darle la noticia.

"Cuando colgué el teléfono, lloré", le dijo a Space.com. "Estaba abrumado. Es una piedra angular fantástica para mi carrera".

Ferrara es italiana, Freedman es estadounidense y van Nieuwenhuizen es holandés. El trío recibirá oficialmente el premio el 3 de noviembre, en la ceremonia del Premio Avance 2020 en el Centro de Investigación Ames de la NASA en Silicon Valley. La ceremonia también honrará a los ganadores del premio anual de Física Fundamental, y a los ganadores de los Premios Avance en Ciencias de la Vida y Matemáticas.

Este será el quinto Premio Especial de Avance en Física Fundamental que se otorgará. Los ganadores anteriores son Stephen Hawking; siete científicos del CERN integrantes del descubrimiento del bosón de Higgs; la colaboración del Observatorio de ondas gravitacionales con interferómetro láser (LIGO), que realizó la primera detección directa de ondas gravitacionales; y Jocelyn Bell Burnell, por su descubrimiento en 1967 de púlsares.

El libro de Mike Wall sobre la búsqueda de vida extraterrestre "Allí afuera"(Grand Central Publishing, 2018; ilustrado por Karl Tate), ya está disponible. Siguelo en Twitter @michaeldwall. Síganos en Twitter @Spacedotcom o Facebook.

No hay comentarios

Deja un comentario