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Esforzándose por mirar hacia atrás en el tiempo, un instante después del Big Bang, los físicos de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado una propuesta que puede ayudar a desvelar las formas ocultas de las dimensiones alternativas del Univers

Una imagen generada por ordenador de una posible geometría hexadimensional similar a las estudiadas por el físico de la UW-Madison Gary Shiu. Imagen costería de Andrew J. Hanson, Universidad de Indiana

Un nuevo estudio demuestra que las formas de las dimensiones extra pueden “verse” descifrando su influencia en la energía cósmica liberada por el violento nacimiento del Universo hace 13 mil millones de años. El método, publicado hoy (2 de febrero) en Physical Review Letters, proporciona pruebas de que los físicos pueden usar datos experimentales para discernir la naturaleza de estas esquivas dimensiones — la existencia de las cuales es un crítico, pero aún no probado, elemento de la Teoría de Cuerdas, el principal contendiente para una “Teoría del Todo” unificada.

Los científicos desarrollaron la Teoría de Cuerdas, la cual propone que todo en el Universo está hecho de diminutas y vibrantes cuerdas de energía, para abarcar los principios físicos de todos los objetos, desde las inmensas galaxias a las partículas subatómicas. Aunque es en la actualidad el favorito en esta explicación del marco de trabajo del cosmos, la teoría permanece, hasta la fecha, sin comprobación.

Las matemáticas de la Teoría de Cuerdas sugieren que el mundo que conocemos no es completo. Además de nuestras cuatro dimensiones habituales -- las tres espaciales y la temporal — la Teoría de Cuerdas predice la existencia de seis dimensiones espaciales extra, dimensiones “ocultas” curvadas en diminutas formas geométricas en cada punto de nuestro Universo.

No te preocupes si no puedes hacerte una imagen de un mundo de diez dimensiones. Nuestras mentes están acostumbradas a sólo tres dimensiones espaciales y carecen de un marco de referencia para las otras seis, dice Gary Shiu, físico de la UW-Madison, que lidera el estudio. Aunque los científicos usan ordenadores para visualizar qué apariencia tendrían estas geometrías hexadimensionales (ver imagen), nadie sabe en realidad con seguridad qué forman toman.

El nuevo trabajo de Wisconsin puede proporcionar una forma a largo plazo de medir estos aspectos de la Teoría de Cuerdas que anteriormente eran imposibles.

De acuerdo con las matemáticas de la Teoría de Cuerdas, las dimensiones extra podrían adoptar cualquiera de decenas de miles de posibles formas, cada forma correspondería de forma teórica a un Universo con su propio conjunto de leyes físicas

Para nuestro Universo, "La Naturaleza escogió uno — y queremos saber qué forma tiene este", explica Henry Tye, físico de la Universidad de Cornell quien no estuvo involucrado en la nueva investigación.

Shiu dice que las numerosas formas dimensionales son demasiado pequeñas para verse o medirse a través de cualquier medida de observación, lo que hace que la comprobación de este aspecto crucial de la Teoría de Cuerdas sea muy complejo. "Puedes teorizar cualquier cosa, pero tienes que ser capaz de demostrarlo con experimentos”, dice. “Ahora el problema es, ¿Cómo lo comprobamos”

Él y el estudiante graduado Bret Underwood miraron hacia el cielo buscando la inspiración.

Su propuesta está basada en la idea de que las seis diminutas dimensiones extra tuvieron su mayor influencia en el Universo cuando él mismo era una minúscula mota de materia y energía altamente comprimida — que fue, justo en el instante tras el Big Bang.

“Nuestra idea fue ir hacia atrás en el tiempo y ver qué sucedió entonces”, dice Shiu. “Por supuesto, no podemos en realidad volver atrás en el tiempo”.

Careciendo de una máquina del tiempo, usaron lo mejor que tenían a mano: un mapa de la energía cósmica liberada en el Big Bang. La energía, captada por satélites como la Sonda de Anisotropía de Microondas Wilkinson de la NASA (WMAP), ha perdurado virtualmente sin cambio durante los últimos 13 mil millones de años, haciendo del mapa de energía básicamente "una instantánea del Universo bebé", dice Shiu. El experimento WMAP es el sucesor del proyecto Explorador de Fondo Cósmico de NASA (COBE), el cual obtuvo el Premio Nobel de Física en 2006.

Así como una sombra puede dar una idea de la forma de un objeto, el patrón de la energía cósmica del cielo puede dar un indicador de la forma de las otras seis dimensiones presentes, explica Shiu.

Para aprender cómo leer los reveladores signos de la geometría hexadimensional del mapa cósmico, trabajaron hacia atrás. Comenzando con dos tipos distintos de geometrías matemáticas simples, llamadas gargantas enrolladas, calcularon el mapa de energía predicho que debería verse en el Universo descrito para cada forma. Cuando compararon los dos mapas, encontraron pequeñas pero significativas diferencias entre ambos.

Sus resultados muestran que específicos patrones de energía cósmica pueden tener pistas de la geometría de la forma hexadimensional — el primer tipo de dato observable para demostrar tal propuesta, dice Tye.

Aunque los datos actuales no son lo bastante precisos para comparar sus hallazgos para nuestro Universo, próximos experimentos como el Satélite Planck de la Agencia Espacial Europea deberían tener la sensibilidad para detectar las mínimas variaciones entre las distintas geometrías, dice Shiu.

“Nuestros resultados con formas simples y bien comprendidas dan pruebas de que el concepto de la geometría de las dimensiones ocultas puede descifrarse a partir del patrón de la energía cósmica", dice. “Esto proporciona una extraña oportunidad de comprobar la Teoría de Cuerdas”.

Los avances tecnológicos para capturar mapas cósmicos más detallados deberían ayudarnos a estrechar las posibilidades y podrían permitir a los científicos romper el código del mapa de la energía cósmica — y acercarnos a la identificación de la geometría que encaja con nuestro Universo.

Las implicaciones de tal posibilidad son profundas, dice Tye. “Si podemos medir esta forma, también nos diría que la Teoría de Cuerdas es correcta”.

El nuevo trabajo fue patrocinado a través de los medios de la Fundación Nacional de Ciencia, el Departamento de Energía de los Estados Unidos y la Corporación de Investigación.

Autor: Jill Sakai
Traductor: Manuel Hermán
Site: Universidad de Wisconsin-Madison