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Cosmología de branas

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

Brana y volumen

Animación que muestra múltiples universos de branas en masa

La idea central es que el espacio-tiempo visible, de cuatro dimensiones, está restringido a una brana dentro de un espacio de dimensiones superiores , llamado el "bulto" (también conocido como "hiperespacio"). Si las dimensiones adicionales son compactas , entonces el universo observado contiene la dimensión extra, y entonces no es apropiada ninguna referencia al volumen. En el modelo del volumen, al menos algunas de las dimensiones extra son extensas (posiblemente infinitas), y otras branas pueden estar moviéndose a través de este volumen. Las interacciones con el volumen, y posiblemente con otras branas, pueden influir en nuestra brana y, por lo tanto, introducir efectos no observados en los 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 branas, la fuerza electromagnética , nuclear débil y nuclear fuerte están localizadas en la brana, pero la gravedad no tiene tal restricción y se propaga en todo el espacio-tiempo, llamado el volumen. Gran parte del poder de atracción gravitatoria se "filtra" en el volumen. Como consecuencia, la fuerza de la gravedad debería parecer significativamente más fuerte en escalas pequeñas (subatómicas o al menos submilimétricas), donde se ha "filtrado" menos fuerza gravitatoria. Actualmente se están realizando varios experimentos para probar esto. [1] Las extensiones de la idea de la gran dimensión extra con supersimetría en el volumen 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 que las partículas ordinarias estén confinadas en un pozo de potencial que es estrecho a lo largo de las direcciones espaciales y plano a lo largo de otras tres, y propusieron un modelo particular de cinco dimensiones.

En 1998/99, Merab Gogberashvili publicó en arXiv una serie de artículos donde mostraba 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 mostró que la tetradimensionalidad del Universo es el resultado del requisito de estabilidad encontrado 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 de Randall-Sundrum , estrechamente relacionados , RS1 y RS2 (véase el modelo de Randall-Sundrum para una explicación no técnica de RS1). Estos modelos particulares de cosmología de branas han atraído una considerable atención. Por ejemplo, en 2000 se propuso el modelo relacionado de Chung-Freese, que tiene aplicaciones para la ingeniería métrica del espacio-tiempo. [9]

Más tarde, aparecieron las propuestas ecpirótica y cíclica . La teoría ecpirótica plantea la hipótesis de que el origen del universo observable se produjo cuando dos branas paralelas colisionaron. [10]

Pruebas empíricas

Hasta el momento, no se ha informado de ninguna evidencia experimental u observacional de grandes dimensiones extra , como lo requieren los modelos de 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 extra. [11] El reciente evento de onda gravitacional multimensajera GW170817 también se ha utilizado para poner límites débiles a las grandes dimensiones extra. [12] [13]

Véase 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 de 6 dimensiones". Nucl. Phys. 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; van Nierop, Leo (marzo de 2013). "Constante cosmológica técnicamente natural a partir de la retrorreacción de brana 6D supersimétrica". Phys. Dark Univ . 2 (1): 1–16. arXiv : 1108.0345 . Código Bibliográfico : 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 en masa mejorada a partir de la retrorreacción de la brana". JHEP . 2013 (2): 120. arXiv : 1210.5405 . Código Bibliográfico :2013JHEP...02..120B. doi :10.1007/JHEP02(2013)120. S2CID  53667729.
  5. ^ Rubakov, VA; Shaposhnikov, ME (1983). "¿Vivimos dentro de un muro de dominio?". Physics Letters . B. 125 (2–3): 136–138. Bibcode :1983PhLB..125..136R. doi :10.1016/0370-2693(83)91253-4.
  6. ^ Gogberashvili, M. (1998). "Problema de jerarquía en el modelo de universo de capas". 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 una cáscara en expansión". Europhysics Letters . 49 (3): 396–399. arXiv : hep-ph/9812365 . Código Bibliográfico :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". Modern Physics Letters A . 14 (29): 2025–2031. arXiv : hep-ph/9904383 . Código Bibliográfico :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 adicionales resolver el problema del horizonte cosmológico?". Physical Review D . 62 (6): 063513. arXiv : hep-ph/9910235 . Bibcode :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: las branas en colisión y la aceleración cósmica pueden impulsar un ciclo infinito en el que nuestro universo no es más que una fase". Scientific American 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". Physics Letters 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; Bolis, Nadia; Vagnozzi, Sunny (marzo de 2018). "Dimensiones adicionales del mundo brana a la luz de GW170817". Phys. Rev. D . 97 (6): 064039. arXiv : 1711.06628 . Código Bibliográfico :2018PhRvD..97f4039V. doi :10.1103/PhysRevD.97.064039. S2CID  88504420.
  13. ^ Freeland, Emily (21 de septiembre de 2018). "En busca de dimensiones adicionales 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 .

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