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Qué es la supergravedad, la teoría por la que tres científicos recibieron el “Oscar de la ciencia”

Tres físicos ganaron uno de los premios más prestigiosos en ciencia por su trabajo en “supergravedad”, la teoría que unifica en un mismo modelo teórico las fuerzas conocidas de la naturaleza.

El italiano Sergio Ferrara, el estadounidense Daniel Freedman y el holandés Peter van Nieuwenhuizen fueron distinguidos este martes con el Premio Especial Breakthrough de Física Fundamental, conocido como el “Oscar de la Ciencia” y considerado tan prestigioso como el Nobel.

La supergravedad resuelve los aparentes conflictos entre dos las teorías más fundamentales de la física: la mecánica cuántica -que describe el mundo microscópico de átomos y partículas- y la relatividad general de Einstein, que describe la fuerza de la gravedad y su impacto a escalas cósmicas.

El trabajo de los tres físicos premiados fue publicado en 1976. Más de cuatro décadas después aún no hay pruebas experimentales de la supergravedad, pero la teoría ha tenido una gran influencia en física, matemáticas y cosmología.

Peter van Nieuwenhuizen, Sergio Ferrara y Daniel Freedman
Peter van Nieuwenhuizen, Sergio Ferrara y Daniel Freedman (de izq. a derecha), en una foto tomada en CERN en 2016 con motivo del 40 aniversario de la teoría de la supergravedad.

Galardón

A diferencia del Premio Nobel, que reconoce trabajos confirmados en forma experimental, el Premio Breakthrough distingue ideas extraordinarias que han tenido una gran influencia en un campo determinado.

El galardón, que tiene un valor total de US$3 millones, fue creado en 2012 por el inversor, filántropo y magnate Yuri Milner; el confundador de Google, Sergey Brin; el confundador de Facebook, Mark Zuckerberg, cofundador de Facebook; y el cofundador del conglomerado chino Alibaba, Jack Ma, entre otros.

El galardón es concedido anualmente en diferentes categorías que incluyen Física Fundamental, Ciencias de la Vida y Matemáticas.

Pero en cualquier momento del año puede otorgarse el Premio Especial de Física Fundamental, que reconoce a aportes que dejaron un impacto profundo en ese campo.

El premio especial fue otorgado en el pasado al físico británico Stephen Hawking, a siete investigadores del CERN por su contribución al descubrimiento del bosón de Higgs, y a la astrofísica Jocelyn Bell Burnell por su descubrimiento de los pulsares, entre otros.

“Cuando pensamos en las grandes obras de la imaginación humana, a menudo nos referimos al arte, a la música y a la literatura, pero algunas de las creaciones más profundas y bellas son las de la ciencia”, afirmó Yuri Milner.

“La supergravedad inspiró a los físicos durante décadas y podría contener profundas verdades sobre la naturaleza de la realidad”.

Cuatro fuerzas

La supergravedad resuelve un problema del llamado Modelo Estándar en física, el modelo “que se acepta como el que mejor funciona y que recoge tres de las cuatro fuerzas que hay en la Naturaleza”, según explicó a BBC Mundo el físico español Xabier Cid Vidal, investigador Ramón y Cajal del Instituto Galego de Física de Altas Enerxías y miembro de la colaboración LHCb del CERN.

“En la naturaleza hay cuatro fuerzas, la fuerza fuerte, la fuerza débil, la fuerza electromagnética y la gravedad, y el Modelo Estándar consigue en principio que encajen tres de ellas pero no la gravedad”, agregó Cid Vidal.

“Entonces, desde un punto de vista teórico esto no nos gusta, nos gustaría que hubiera una teoría unificada para las cuatro fuerzas”.

“De hecho incluso Einstein al final de su vida tenía el objetivo de unificar las cuatro fuerzas a la vez pero nunca lo consiguió”, dijo el físico.

Ferrara, Freedman y Van Nieuwenhuizen consiguieron con la supergravedad desarrollar una teoría en la que la gravedad se puede explicar con el mismo modelo matemático que las otras fuerzas.

El elusivo “gravitino”

La teoría de la supergravedad predice la existencia de una partícula llamada “gravitino”, que podría ser uno de los constituyentes de la misteriosa materia oscura.

La materia oscura no emite ni absorbe luz, por lo que es imposible verla directamente. Pero los científicos saben que existe por los efectos que provoca, ya que ejerce atracción gravitatoria sobre la materia que sí podemos ver.

Un ejemplo de esos efectos se ve en las galaxias en espiral, que giran más rápido de lo que deberían si la única materia que existiese en ellas fuese la visible.

Gran Colisionador de Hadrones….

Aún no se ha detectado en experimentos en colisionadores la existencia del gravitino, pero ello no significa que eso no pueda ocurrir en el futuro con aceleradores de partículas más potentes.

“Como el gravitino no se ha encontrado, no sabemos si la teoría de la supergravedad es cierta o no”, señaló Cid Vidal.

Así le explicó el físico español a BBC Mundo qué es el gravitino:

“Las cuatro fuerzas todas tienen una partícula intermediaria de esas fuerzas, por ejemplo en el caso del electromagnetismo la partícula intermediaria es el fotón, del mismo modo que en la fuerza fuerte hay el gluon, y en la débil están los bosones w y z”.

Podría decirse entonces, en resumen, que la partícula intermediaria de una fuerza es la partícula a través de la cual se expresa esa fuerza.

“Cuando hay una interacción electromagnética, por ejemplo, significa que esa interacción ocurre intercambiándose un fotón”.

“Del mismo modo que existen para esas fuerzas conocidas partículas conocidas experimentalmente, hay la hipótesis de que para la gravedad debería haber un bosón intermediario análogo que se llama graviton, aunque nunca se ha descubierto experimentalmente”.

Ilustración de supersimetría
En la supersimetría todas las partículas conocidas tienen asociada una partícula compañera supersimétrica, que tiene propiedades similares pero distintas.

Por otra parte, otra teoría llamada supersimetría establece que todas las partículas conocidas tienen asociada una partícula compañera supersimétrica, que tiene propiedades similares pero distintas.

“Hay un concepto que se llama “el spin” que tiene que ver con el momento angular de una partícula, es decir, cómo gira desde un punto de vista macroscópico”.

“Entonces todas las partículas del Modelo Estándar y todas las partículas existentes se supone que en supersimetría tienen un compañero que tiene un spin distinto, pero que por lo demás esta relacionado”.

“Cuando hablamos del compañero podemos decir por ejemplo que tenemos un gluon y podríamos tener un gluino, tenemos un fotón y podemos tener un fotino. Y también igual que tenemos un gravitón, podríamos tener un gravitino”.

Aplicaciones

Si bien la teoría de la supergravedad no ha sido probada experimentalmente, “hay desarrollos matemáticos importantes asociados a esta teoría”, explicó Cid Vidal a BBC Mundo.

“Y hay muchas otras teorías que beben de la supergravedad, hay muchísimos desarrollos teóricos en cuestiones que hoy por hoy estamos poniendo a prueba en el Gran Colisionador de Hadrones, por ejemplo, que beben y que vienen de ahí”.

Antonio Masiero, del Instituto Nacional de Física Nuclear de Italia, señaló que la teoría de la supergravedad “desde hace más de 40 años constituye una fuente continua de aplicaciones, extensiones, exploraciones en los aspectos más innovadores y prometedores de investigación de frontera sobre las partículas elementales y las fuerzas fundamentales a través de las cuales interactúan”.

“Me puse a llorar”

Para los científicos galardonados, el premio es un inesperado reconocimiento a décadas de trabajo.

El diario británico The Guardian describe la reacción de Freedman, de 80 años, cuando supo del premio poco después de regresar del gimnasio.

“Fue una completa sorpresa”, señaló el físico de la Universidad de Stanford y del Instituto de Tecnología de Massachusetts, MIT.

“Cuando colgué el teléfono me puse a llorar”, reconoció.

Ferrara, de 74 años, trabaja en el CERN cerca de Ginebra, y estaba por irse a dormir cuando recibió la llamada. “Sabíamos que habíamos hecho un trabajo importante pero no esperábamos este premio”, comentó el físico a la prensa.

Van Nieuwenhuizen, de 80 años, físico de la Universidad Stony Brook en Nueva York, estaba en la cocina pagando cuentas cuando recibió un mail de Ed Witten, miembro del comité que entrega el premio.

“Pensé que me iba a hacer alguna pregunta difícil sobre supergravedad”.

Los científicos recibirán su galardón el 3 de noviembre en una ceremonia en el famoso Hangar 1 de la NASA, la icónica estructura construida en la década de 1930 que albergaba los dirigibles y se encuentra en Mountain View, California.

Créditos: bbc.com

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