¿La teoría de cuerdas plantea un problema de masa de fotones?

Hace unas semanas, comencé a leer libros sobre teoría de cuerdas. Una cosa que realmente parecía confusa o contradictoria era que la teoría de cuerdas explica que la energía de una supercuerda le da masa a la partícula. Es decir, cuanta más energía contiene la cuerda, más vibra y más masa le da a la partícula.

Parece que si un fotón no tiene masa, la cuerda no tendría energía y, por lo tanto, ni siquiera existiría. Mi pregunta es, ¿cómo puede existir un fotón como partícula según la teoría de cuerdas si tiene 0 masa, lo que creo que implica que la supercuerda no tiene energía?

No sé cómo maneja esto específicamente la teoría de cuerdas, pero un fotón tiene energía aunque no tenga masa. Desde la perspectiva de los modelos estándar, creo que la energía que se manifiesta como masa tiene que ver con la interacción con el campo de Higgs.

Respuestas (1)

Es incorrecto decir que la energía de una cuerda nos da directamente la masa de la partícula. Si bien es cierto que a más oscilaciones en la cuerda, mayor masa, la relación entre las oscilaciones y la masa no es la de una simple proporcionalidad.

Lo que realmente sucede es que la cuerda tiene algo de energía. mi (debido a las oscilaciones en él) y un impulso pag → (ya que se mueve en el espacio), que no se ve afectado por las oscilaciones. La masa de la partícula con la que se relaciona dicha cuerda está dada por la relación de dispersión relativista

metro = mi 2 C 4 − pag 2 C 2
dónde pag 2 = pag → ⋅ pag → .

Ahora, como puede ver, es posible elegir oscilaciones en la cuerda de modo que mi 2 = pag 2 C 2 lo que nos da una partícula de masa cero. De hecho, así es precisamente como la teoría de cuerdas recupera partículas sin masa. Ahora, si dicha partícula sin masa es un fotón o no depende de algunas otras propiedades internas de la propia cuerda.

APARTE : En la teoría de cuerdas bosónica, es posible tener una cuerda SIN EXCITACIONES, en cuyo caso mi = 0 . Entonces se recupera una partícula con masa imaginaria llamada taquión. La existencia de tales taquiones es problemática en cualquier teoría, ya que conduce a inestabilidades. Este problema se resuelve en supercuerdas, donde ciertas restricciones no permiten tener cuerdas sin excitaciones.

¿Significa esto que un estado de vacío genérico para la teoría de cuerdas no tiene partículas de masa cero?
@peter, la energía del punto cero suele ser una función lineal de la dimensión, D . Sabemos que los estados particulares deben ser sin masa, debido a su pequeño grupo. Por lo tanto, debemos elegir una dimensión crítica tal que el estado no tenga masa.
no lo entiendo ¿Cómo consigue que E y p actúen como parámetros independientes y "elija" que E tenga algún valor, independientemente de p? Pensaría que E contendría una parte que se debe a la energía de las oscilaciones, más otra parte que se debe al movimiento de la cuerda a través del espacio. Lo que estás describiendo no parece tener ningún sentido en comparación con cómo funciona normalmente la relatividad especial.
@BenCrowell El impulso pag fija la parte de energía cinética de mi que surge del movimiento lineal de la cuerda. Luego, se pueden agregar oscilaciones a la cuerda mientras se mantiene el mismo momento lineal y, al hacerlo, aumentar la energía total. mi del mantenimiento de la cuerda pag fijado. Luego, se usa la relación de dispersión que se muestra arriba para calcular la masa invariante de esta configuración. De esta manera, una sola cuerda en la teoría de cuerdas da lugar a muchas partículas diferentes. Por la frase "elegir E", simplemente quise decir "elegir las oscilaciones en la cuerda".
@BenCrowell: hay, por supuesto, una condición de cuantificación que impone restricciones sobre qué tipo de oscilaciones puede tener la cuerda, lo que por lo tanto se traduce en una cuantificación de la energía mi también (no todo, la energía cinética mi sigue siendo continua, pero la energía vibratoria está cuantizada).
¿La teoría de cuerdas plantea un problema de masa de fotones?
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