En física , una cuerda es una entidad física postulada en la teoría de cuerdas y temas relacionados. A diferencia de las partículas elementales , que son cerodimensionales o puntuales por definición, las cuerdas son entidades extendidas unidimensionales. Los investigadores a menudo se interesan por 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 de acuerdo con las reglas de la mecánica cuántica describirá automáticamente la gravedad cuántica . [ cita requerida ]
En la teoría de cuerdas, las cuerdas pueden ser abiertas (formando un segmento con dos puntos finales) o cerradas (formando un bucle como un círculo) y pueden tener otras propiedades especiales. [1] Antes de 1995, había cinco versiones conocidas 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 diferían en el tipo de cuerdas y en otros aspectos. Hoy en día se piensa 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 pequeñas de lo que se puede observar en los aceleradores de partículas actuales. La escala de longitud característica de las cuerdas es típicamente 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, dichas entidades parecerían ser partículas puntuales de dimensión cero. Las cuerdas pueden vibrar como osciladores armónicos , y los diferentes estados vibracionales de la 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 actual Modelo Estándar de la 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 , una cuerda barre una superficie bidimensional llamada su hoja del mundo . Esto es análogo a la línea del mundo unidimensional trazada por una partícula puntual. La física de una cuerda se describe por medio de una teoría de campos 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 en partes de las matemáticas puras .
Las cuerdas pueden ser abiertas o cerradas. Una cuerda cerrada es una cuerda que no tiene extremos y, por lo tanto, es topológicamente equivalente a un círculo . Una cuerda abierta , por otro lado, tiene dos extremos y es topológicamente equivalente a un intervalo de línea. No todas las teorías de cuerdas contienen cuerdas abiertas, pero todas las teorías deben 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 se asocian generalmente con modos vibracionales 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 vibracionales de cuerdas abiertas exhiben las propiedades de los fotones y los gluones .
Las cadenas también pueden tener una orientación , que puede considerarse como una "flecha" interna que distingue a la cadena de otra con la orientación opuesta. Por el contrario, una cadena no orientada es una que no tiene dicha flecha.