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cosmología brana

La cosmología de branas se refiere a varias teorías de la física de partículas y la cosmología relacionadas con la teoría de cuerdas , la teoría de supercuerdas y la teoría M.

Brana y masa

La idea central es que el universo tridimensional visible está restringido a una brana dentro de un espacio de dimensiones superiores , llamado "bulto" (también conocido como "hiperespacio"). Si las dimensiones adicionales son compactas , entonces el universo observado contiene la dimensión adicional y entonces no es apropiada ninguna referencia al volumen. En el modelo de masa, al menos algunas de las dimensiones adicionales son extensas (posiblemente infinitas) y otras branas pueden estar moviéndose a través de esta masa. Las interacciones con la mayor parte, y posiblemente con otras branas, pueden influir en nuestra brana y, por tanto, introducir efectos que no se ven en modelos cosmológicos más estándar.

Por qué la gravedad es débil y la constante cosmológica es pequeña

Algunas versiones de la cosmología de branas, basadas en la idea de la gran dimensión extra , pueden explicar la debilidad de la gravedad en relación con las otras fuerzas fundamentales de la naturaleza, resolviendo así el problema de la jerarquía . En la imagen de la brana, las fuerzas electromagnéticas , nucleares débil y fuerte están localizadas en la brana, pero la gravedad no tiene tal restricción y se propaga en todo el espacio-tiempo, llamado masa. Gran parte del poder de atracción gravitacional se "filtra" hacia la masa. Como consecuencia, la fuerza de gravedad debería parecer significativamente más fuerte en escalas pequeñas (subatómicas o al menos submilimétricas), donde se ha "filtrado" menos fuerza gravitacional. Actualmente se están realizando varios experimentos para comprobarlo. [1] Las extensiones de la idea de la gran dimensión extra con supersimetría en general parecen ser prometedoras para abordar el llamado problema de la constante cosmológica . [2] [3] [4]

Modelos de cosmología de branas.

Uno de los primeros intentos documentados de aplicar la cosmología de branas como parte de una teoría conceptual data de 1983. [5]

Los autores discutieron la posibilidad de que el Universo tenga dimensiones, pero las partículas ordinarias están confinadas en un pozo de potencial que es estrecho en direcciones espaciales y plano en otras tres, y propusieron un modelo particular de cinco dimensiones.

En 1998/99, Merab Gogberashvili publicó en arXiv varios artículos en los que demostraba que si se considera el Universo como una capa delgada (un sinónimo matemático de "brana") que se expande en un espacio de 5 dimensiones, entonces existe la posibilidad de obtener una. escala para la teoría de partículas correspondiente a la constante cosmológica de 5 dimensiones y al espesor del Universo, y así resolver el problema de la jerarquía . [6] [7] Gogberashvili también demostró que la tetradimensionalidad del Universo es el resultado del requisito de estabilidad que se encuentra en las matemáticas, ya que el componente adicional de las ecuaciones de campo de Einstein que dan la solución confinada para los campos de materia coincide con una de las condiciones de estabilidad. [8]

En 1999, se propusieron los escenarios Randall-Sundrum , estrechamente relacionados , RS1 y RS2. (Consulte el modelo Randall-Sundrum para obtener una explicación no técnica de RS1). Estos modelos particulares de cosmología de branas han atraído una considerable atención. Por ejemplo, en 2000 siguió el modelo relacionado de Chung-Freese, que tiene aplicaciones para la ingeniería métrica del espacio-tiempo. [9]

Posteriormente aparecieron las propuestas ekpiróticas y cíclicas . La teoría ekpirótica plantea la hipótesis de que el origen del universo observable se produjo cuando chocaron dos branas paralelas. [10]

Pruebas empíricas

Hasta el momento, no se ha informado ninguna evidencia experimental u observacional de grandes dimensiones adicionales , como lo requieren los modelos Randall-Sundrum. Un análisis de los resultados del Gran Colisionador de Hadrones en diciembre de 2010 limita severamente los agujeros negros producidos en teorías con grandes dimensiones adicionales. [11] El reciente evento de ondas gravitacionales de múltiples mensajeros GW170817 también se ha utilizado para poner límites débiles a grandes dimensiones adicionales. [12] [13]

Ver también

Referencias

  1. ^ "Sesión D9 - Pruebas experimentales de gravitación de corto alcance". flux.aps.org .
  2. ^ Aghababaie, Y.; Burgess, CP; Parameswaran, SL; Quevedo, F. (marzo de 2004). "Hacia una constante cosmológica naturalmente pequeña a partir de branas en supergravedad 6-D". Núcleo. Física. B . 680 (1–3): 389–414. arXiv : hep-th/0304256 . Código bibliográfico : 2004NuPhB.680..389A. doi :10.1016/j.nuclphysb.2003.12.015. S2CID  14612396.
  3. ^ Burgess, CP; Leo van Nierop (marzo de 2013). "Constante cosmológica técnicamente natural de la retrorreacción de la brana 6D supersimétrica". Física. Universidad Oscura . 2 (1): 1–16. arXiv : 1108.0345 . Código Bib : 2013PDU....2....1B. doi :10.1016/j.dark.2012.10.001. S2CID  92984489.
  4. ^ P. Burgess, C.; van Nierop, L.; Parameswaran, S.; Salvio, A.; Williams, M. (febrero de 2013). "SUSY accidental: supersimetría masiva mejorada a partir de la reacción inversa de la brana". JHEP . 2013 (2): 120. arXiv : 1210.5405 . Código Bib : 2013JHEP...02..120B. doi :10.1007/JHEP02(2013)120. S2CID  53667729.
  5. ^ Rubakov, VA; Shaposhnikov, ME (1983). "¿Vivimos dentro de un muro de dominio?". Letras de Física . B. 125 (2-3): 136-138. Código bibliográfico : 1983PhLB..125..136R. doi :10.1016/0370-2693(83)91253-4.
  6. ^ Gogberashvili, M. (1998). "Problema de jerarquía en el modelo del universo shell". Revista Internacional de Física Moderna D. 11 (10): 1635-1638. arXiv : hep-ph/9812296 . doi :10.1142/S0218271802002992. S2CID  119339225.
  7. ^ Gogberashvili, M. (2000). "Nuestro mundo como caparazón en expansión". Cartas de Eurofísica . 49 (3): 396–399. arXiv : hep-ph/9812365 . Código Bib : 2000EL.....49..396G. doi :10.1209/epl/i2000-00162-1. S2CID  38476733.
  8. ^ Gogberashvili, M. (1999). "Cuatro dimensiones en el modelo no compacto de Kaluza-Klein". Letras de Física Moderna A. 14 (29): 2025-2031. arXiv : hep-ph/9904383 . Código Bib : 1999MPLA...14.2025G. doi :10.1142/S021773239900208X. S2CID  16923959.
  9. ^ Chung, Daniel JH; Freese, Katherine (25 de agosto de 2000). "¿Pueden las geodésicas en dimensiones extra resolver el problema del horizonte cosmológico?". Revisión física D. 62 (6): 063513. arXiv : hep-ph/9910235 . Código bibliográfico : 2000PhRvD..62f3513C. doi : 10.1103/physrevd.62.063513. ISSN  0556-2821. S2CID  119511533.
  10. ^ Musser, George; Minkel, JR (11 de febrero de 2002). "Un universo reciclado: la colisión de branas y la aceleración cósmica pueden impulsar un ciclo infinito en el que nuestro universo no es más que una fase". Científico Americano Inc. Consultado el 3 de mayo de 2008 .
  11. ^ Khachatryan, V.; et al. (2011). "Búsqueda de firmas microscópicas de agujeros negros en el gran colisionador de hadrones". Letras de Física B. 697 (5): 434–453. arXiv : 1012.3375 . Código bibliográfico : 2011PhLB..697..434C. doi :10.1016/j.physletb.2011.02.032. S2CID  118488193.
  12. ^ Visinelli, Luca; Nadia Bolis; Sunny Vagnozzi (marzo de 2018). "Dimensiones adicionales de Brane-world a la luz de GW170817". Física. Rev. D. 97 (6): 064039. arXiv : 1711.06628 . Código Bib : 2018PhRvD..97f4039V. doi : 10.1103/PhysRevD.97.064039. S2CID  88504420.
  13. ^ Freeland, Emily (21 de septiembre de 2018). "A la caza de dimensiones extra con ondas gravitacionales". Blog del Centro Oskar Klein de Física de Cosmopartículas. Archivado desde el original el 27 de enero de 2021 . Consultado el 30 de noviembre de 2018 .

enlaces externos