Posible prueba empírica de la Teoría de Cuerdas

Utilizando predicciones sobre el entrelazamiento cuántico, científicos esperan constatar su funcionamiento

La Teoría de Cuerdas es un modelo de la física del que algunos esperan que llegue a surgir la anhelada “Teoría del Todo”, para describir cualquier fenómeno de la Naturaleza. Sin embargo, hasta la fecha, la veracidad de dicha Teoría no se ha podido constatar empíricamente. Ahora, un equipo de investigadores del Imperial College London proponen que se demuestre a través de un fenómeno con el que nunca había sido relacionada: el entrelazamiento cuántico. Por Yaiza Martínez.

Michael Duff. Fuente: Imperial College London.

La Teoría de Cuerdas es un modelo de la física en el que se contemplan las partículas materiales puntuales como si éstas fueran "estados vibracionales" de objetos denominados "cuerdas" o "filamentos".

Así, según esta perspectiva, por ejemplo, los electrones no serían “puntos” u objetos puntuales sino minúsculas cuerdas que vibrarían en un espacio-tiempo de más de cuatro dimensiones, pudiendo no sólo moverse como un punto en un espacio tridimensional sino, también, oscilar de distintas maneras para comportarse como un fotón, un quark o cualquier otra partícula subatómica.

Los seguidores de la teoría de cuerdas consideran que esta teoría es la mejor candidata para convertirse en una Teoría Unificada oTeoría del Todo, es decir, una teoría capaz de describir todos los fenómenos ocurridos en la naturaleza debido a las cuatro fuerzas fundamentales: la fuerza gravitacional, la fuerza electromagnética y las fuerzas de interacción nuclear fuerte y débil.

Sin embargo, hasta la fecha, no ha sido posible aportar prueba experimental alguna que avale la Teoría de Cuerdas, por lo que ha llegado a ser tachada como “pseudociencia” por algunos especialistas.

Posible comprobación empírica

Ahora, un equipo de investigadores del Imperial College Londondescribe, en un artículo publicado por la revista Physical Review Letters, cómo llevar a cabo la primera prueba experimental sobre la validez o invalidez de la Teoría de Cuerdas.

Según ellos, la Teoría de Cuerdas parece predecir un comportamiento de las partículas subatómicas conocido como“entrelazamiento cuántico”, por el que los estados de dos o más partículas se vuelven tan inextricablemente interconectados que ninguno de ellos puede describirse por separado.

Tanto es así, que incluso cuando dos partículas “entrelazadas” distan entre sí millones de kilómetros, en cuanto se cuantifica el estado de una de ellas, el de la otra se conoce al instante.

Dado que el entrelazamiento cuántico se puede probar en laboratorio, se podría utilizar para comprobar que las predicciones de la Teoría de Cuerdas sobre este comportamiento subatómico son verídicas, explican los investigadores en un comunicado del Imperial College London.

Aplicación en un área inesperada

Según los científicos, utilizar la Teoría de Cuerdas para predecir cómo se comportan las partículas cuánticas entrelazadas supondría, por tanto, la primera oportunidad de probar dicha teoría mediante experimentación.

En otras palabras, señala el profesor Michael Duff, del Departamento de Física Teórica del Imperial College y director de la presente investigación: “si los experimentos demuestran que nuestras predicciones sobre el entrelazamiento cuántico son correctas, esto demostrará que la Teoría de Cuerdas “sirve” para predecir el comportamiento de los sistemas cuánticos entrelazados”.

Escalas de realidad: mundo macroscópico, molecular, atómico, subatómico, y cuerdas. Imagen: Rogilbert.

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Esta demostración no probará que esta Teoría es la mejor opción para generar una “Teoría Unificada” o “Teoría del Todo”, pero sí podría resultar de gran importancia para los físicos teóricos, ya que demostraría la aplicación de la Teoría de Cuerdas a un área inesperada.

Hallazgo casual

El establecimiento de una relación entre la Teoría de Cuerdas y el entrelazamiento cuántico fue prácticamente casual. Según explica Duff, se produjo durante una conferencia en Tasmania en la que otro físico presentaba fórmulas matemáticas que describían el entrelazamiento cuántico.

En medio de dicha conferencia, de pronto, Duff se dio cuenta de la similitud entre las fórmulas presentadas por su colega, y otras que él mismo había desarrollado unos años atrás al utilizar la Teoría de Cuerdas para describir los agujeros negros.

Cuando Duff regresó al Reino Unido, revisó sus notas de entonces y confirmó que las matemáticas empleadas en ambos casos eran idénticas.

En concreto, Duff y sus colaboradores constataron que la descripción matemática de las características del entrelazamiento entre qubits (unidad mínima y por lo tanto constitutiva de la información cuántica) se asemejaba a la descripción matemática, mediante la Teoría de Cuerdas, de una clase particular de agujero negro.

De esta forma, los científicos comprendieron que combinando los conocimientos acerca de dos de los más extraños fenómenos del universo: los agujeros negros y el entrelazamiento cuántico, podrían usar la Teoría de Cuerdas para hacer una predicción que, a su vez, podría ponerse a prueba.

La predicción se hará sobre el patrón del entrelazamiento entre cuatro qubits entrelazados, una fenómeno que se puede medir en laboratorio. La exactitud de esta predicción será considerada una prueba de la veracidad de la Teoría de Cuerdas.

Algo muy profundo o mera coincidencia

Por el momento, no hay una explicación obvia sobre el porqué una teoría que está siendo desarrollada para describir el funcionamiento fundamental de nuestro universo resulta también útil para predecir el comportamiento de los sistemas cuánticos entrelazados.

Según Duff, no hay ninguna conexión obvia para explicar por qué una teoría que está siendo desarrollada para describir el funcionamiento fundamental de nuestro universo es útil para predecir igualmente el comportamiento de sistemas cuánticos entrelazados. “Esto puede ser un detalle muy profundo sobre el mundo en que vivimos, o puede ser nada más que una coincidencia peculiar. De cualquier manera, resultará útil”, afirmó el científico.

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