En física , una cuerda es una entidad física postulada en la teoría de cuerdas y materias afines. A diferencia de las partículas elementales , que son de dimensión cero o puntuales por definición, las cuerdas son entidades extendidas unidimensionales. Los investigadores suelen tener interés en las teorías de cuerdas porque las teorías en las que las entidades fundamentales son cuerdas en lugar de partículas puntuales tienen automáticamente muchas propiedades que algunos físicos esperan que se mantengan en una teoría fundamental de la física. En particular, una teoría de cuerdas que evolucionan e interactúan según las reglas de la mecánica cuántica describirá automáticamente la gravedad cuántica .
En la teoría de cuerdas, las cuerdas pueden estar abiertas (formando un segmento con dos extremos) o cerradas (formando un bucle como un círculo) y pueden tener otras propiedades especiales. [1] Antes de 1995, se conocían cinco versiones de la teoría de cuerdas que incorporaban la idea de supersimetría (estas cinco se conocen como teorías de supercuerdas ) y dos versiones sin supersimetría conocidas como teorías de cuerdas bosónicas , que se diferenciaban en el tipo de cuerdas y en otros. aspectos. Hoy en día se cree que estas diferentes teorías de supercuerdas surgen como diferentes casos límite de una única teoría llamada teoría M.
En las teorías de cuerdas de la física de partículas, las cuerdas son muy pequeñas; mucho más pequeño que el que se puede observar en los aceleradores de partículas actuales. La escala de longitud característica de las cuerdas suele ser del orden de la longitud de Planck , alrededor de 10 −35 metros, la escala en la que se cree que los efectos de la gravedad cuántica se vuelven significativos. Por lo tanto, en escalas de longitud mucho mayores, como las escalas visibles en los laboratorios de física, tales entidades parecerían ser partículas puntuales de dimensión cero. Las cuerdas son capaces de vibrar como osciladores armónicos , y los diferentes estados vibratorios de una misma cuerda se interpretan como diferentes tipos de partículas. En las teorías de cuerdas, las cuerdas que vibran a diferentes frecuencias constituyen las múltiples partículas fundamentales que se encuentran en el modelo estándar actual de física de partículas. Las cuerdas también se estudian a veces en física nuclear , donde se utilizan para modelar tubos de flujo .
A medida que la cuerda se propaga a través del espacio-tiempo , barre una superficie bidimensional llamada hoja de mundo . Esto es análogo a la línea mundial unidimensional trazada por una partícula puntual. La física de una cuerda se describe mediante una teoría de campo conforme bidimensional asociada con la hoja del mundo. El formalismo de la teoría de campos conforme bidimensional también tiene muchas aplicaciones fuera de la teoría de cuerdas, por ejemplo en la física de la materia condensada y partes de las matemáticas puras .
Las cadenas pueden estar abiertas o cerradas. Una cuerda cerrada es una cuerda que no tiene puntos finales y, por lo tanto, es topológicamente equivalente a un círculo . Una cadena abierta , por otro lado, tiene dos puntos finales y es topológicamente equivalente a un intervalo de línea. No todas las teorías de cuerdas contienen cuerdas abiertas, pero toda teoría debe contener cuerdas cerradas, ya que las interacciones entre cuerdas abiertas siempre pueden dar como resultado cuerdas cerradas.
La teoría de supercuerdas más antigua que contenía cuerdas abiertas fue la teoría de cuerdas de tipo I. Sin embargo, los avances en la teoría de cuerdas en la década de 1990 han demostrado que siempre se debe pensar que las cuerdas abiertas terminan en un nuevo grado físico de libertad llamado D-branas , y el espectro de posibilidades para las cuerdas abiertas ha aumentado significativamente.
Las cuerdas abiertas y cerradas generalmente se asocian con modos vibratorios característicos. Uno de los modos de vibración de una cuerda cerrada puede identificarse como el gravitón . En ciertas teorías de cuerdas, la vibración de menor energía de una cuerda abierta es un taquión y puede sufrir condensación de taquiones . Otros modos vibratorios de cuerdas abiertas exhiben las propiedades de los fotones y los gluones .
Las cuerdas también pueden poseer una orientación , que puede considerarse como una "flecha" interna que distingue la cuerda de otra con la orientación opuesta. Por el contrario, una cuerda no orientada es aquella que no tiene esa flecha.