¿Cuántas dimensiones existen en física?

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Ilustración: Daniel Terán

Partículas gemelas

Para entender de dónde surgen las partículas más pesadas imaginemos, por ejemplo, que las partículas que viajan en los cables eléctricos para producir corriente (o sea, electrones), se mueven también en las dimensiones ocultas con velocidades diferentes. Como el movimiento se traduce en energía, cada electrón tendría una energía distinta. Pero nuestros ojos y aparatos no pueden mirar en las dimensiones extra, por lo que para nosotros los electrones con mayor energía —según el principio de que la materia es energía— son más pesados. Estas copias más pesadas de electrones no serían las únicas; cada partícula (como protones y neutrones) tendría gemelas “más pesadas”.
Por otra parte, los microagujeros negros nacen de la fuerza de la gravedad a distancias muy pequeñas. Si bien a distancias grandes, en un universo con dimensiones ocultas, la gravedad es más débil, a distancias tan cortas como el tamaño del átomo (una millonésima parte del grosor de un cabello, que podría ser el tamaño de las dimensiones pequeñas), la gravedad multidimensional recupera su fuerza original y es más fuerte.

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Los experimento del LHC podrían crear partículas gemelas de las conocidas

Eso quiere decir que si hubiera, por ejemplo, muchos electrones en una región pequeña del universo, sentirían una atracción tan fuerte que podrían formar minúsculos agujeros negros. Pero para reunir tantos electrones como para formar uno de estos microagujeros negros es necesario vencer la repulsión eléctrica que sienten entre ellos. Es decir, los electrones necesitan una fuente de energía que los obligue a estar juntos para poder formar un agujero negro.

Hoy sabemos que al principio existió una fuente de energía (la del Big Bang) que originó nuestro universo. En esa explosión hubo energía suficiente para generar partículas supermasivas y microagujeros negros. Así como los elementos químicos más pesados se transforman en elementos más ligeros y en luz, en algún momento esos hijos de las dimensiones ocultas se transformaron en las partículas que conocemos, como los electrones, y en luz.
El grupo Eöt-Wash, de la Universidad de Washington, ha diseñado péndulos de torsión y otros aparatos que verifican a distancias minúsculas si la atracción gravitacional es o no como la que describieron Newton y Einstein. Hasta los últimos datos de 2009, a distancias tan cortas como el grosor de un cabello no se ha observado ninguna discrepancia, por lo que si nuestro universo tiene dimensiones extra, estas son más pequeñas que 0,1 milímetros.

¿Se encontrarán?

Aunque esta búsqueda directa de dimensiones podría tener éxito, quizá estas sean más pequeñas de lo que pueden medir esos experimentos. En ese caso, sería más útil buscarlas mediante las partículas supermasivas o los microagujeros negros predichos por las teorías de dimensiones extra.

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Por suerte, se construyó una máquina que recrea las condiciones del principio del cosmos: el Gran Colisionador de Hadrones (LHC, por sus siglas en inglés), que hace colisionar protones que viajan casi a la velocidad de la luz para producir explosiones con energías altísimas, de donde podrían surgir los gemelos supermasivos de las partículas conocidas, así como microagujeros negros, en caso de que existan dimensiones desconocidas. Hasta ahora, en el LHC no han aparecido estos indicios de las dimensiones extra, pero algunos opinan que falta poco para atraparlos y poder estudiar ese universo que se ha escondido a nuestros ojos.
La idea de las dimensiones extra, aunque podría parecer ciencia ficción, ha encontrado un sustento científico aún más sólido en una teoría que, desde hace 30 años, lucha por describir todo lo que habita en el universo: la teoría de cuerdas. Entre sus impulsores están Edward Witten, Juan Maldacena, Nima Arkani-Hamed y Nathan Seiberg, ganadores del Premio de Física Fundamental 2012, quienes han mostrado que esta teoría predice la existencia de varias dimensiones extra gracias a las cuales no solo el origen de la gravedad y del electromagnetismo podría entenderse naturalmente –como sospecharon Kaluza y Klein–, sino también el de las fuerzas nucleares, responsables de la radiactividad.

Aunque todavía debe confirmarse la existencia de esas dimensiones extra y la viabilidad de la teoría de cuerdas, la ciencia podría estar hoy más cerca de lo que Kaluza y Klein sospecharon en su momento.
Los aparatos de que disponemos seguirán investigando si la gravedad es diferente en distancias muy cortas, y tratarán de comprobar la existencia de microagujeros negros y partículas supermasivas. Si los experimentadores encuentran evidencias, podremos aprender mucho acerca de nuestro universo y de lo que existe más allá de lo que somos capaces de observar con los sentidos. Finalmente, podríamos internarnos en el territorio de las dimensiones desconocidas.

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