¿Qué sucede cuando dos cuerdas chocan?

Las cuerdas no se describen con mucha precisión en la ciencia popular, porque gran parte de la física de las cuerdas solo se entendió mucho después de que la teoría matemática avanzara un poco, y un análogo clásico preciso para la cuerda no estuvo disponible hasta hace relativamente poco tiempo. El análogo clásico que la gente usa a menudo es una banda vibratoria de energía, pero esto es en su mayoría incorrecto, porque las cuerdas no interactúan chocando entre sí, como lo hacen las bandas elásticas. Solo pueden interactuar de una manera extraña determinada por la consistencia de tener infinitas partículas diferentes, todas conspirando para hacer una teoría consistente. Esta conspiración hace que cuando las cuerdas se fusionen, hagan algo complicado, y el único análogo clásico correcto de esta cosa complicada es la fusión de un agujero negro. Esto no se entendió muy bien hasta al menos finales de la década de 1990,

Los agujeros negros astrofísicos ordinarios son grandes, complicados, negros y pegajosos. Son eléctricamente resistivos, sus oscilaciones decaen rápidamente, son muy irreversibles en el sentido estadístico. La cuerda describe el caso en que el agujero negro se extiende y carga tanto que está en el límite extremo no viscoso, de modo que las cuerdas no son pegajosas y con pérdidas como los agujeros negros ordinarios, sino brillantes y reversibles. Los agujeros negros brillantes unidimensionales son las cuerdas, en el límite de que estos agujeros negros interactúan débilmente, de modo que los más ligeros son ligeros y, en consecuencia, débilmente cargados (porque la extremalidad relaciona carga y masa).

Cuando los agujeros negros chocan, las oscilaciones no se combinan de manera simple, se combinan de la forma en que se combinan los agujeros negros, de una manera acausal extraña que solo tiene sentido teleológicamente. Por lo tanto, no puede decir "este patrón hizo este patrón", al menos no de una manera causal precisa, debe describir todo de una vez. Las ondas que corren a lo largo de la cuerda no se suman a la ondulación que corre a lo largo de otra cuerda cuando se combinan, pero si las dos se combinan a altas energías para formar una cuerda larga con muchas ondas que se ejecutan de manera estadística, de modo que tiene una interpretación clásica , se combinan en un objeto que es pegajoso porque tiene mucha basura corriendo, y esto no es diferente a un líquido viscoso. Cuando las cuerdas se enfrían nuevamente disparando otras cuerdas frías, las oscilaciones se apagan.

Las cuerdas son más elementales que los agujeros negros, son pequeñas y simples. ¡No debe sentirse intimidado por lo anterior para pensar que las leyes de las colisiones de cuerdas requieren que comprenda las colisiones clásicas de los agujeros negros! Esto no es más cierto que decir que describir una colisión en la aproximación de Born en la mecánica cuántica requiere que resuelva el problema clásico mucho más difícil de las partículas que se dispersan en ese potencial. El comportamiento cuántico es más simple que el comportamiento clásico en muchos casos.

Las leyes de las colisiones de cuerdas, para aquellas cuerdas que son más livianas a las energías más bajas, es decir, para aquellas escalas de distancia que reproducen nuestra experiencia, son extremadamente simples: simplemente reproducen las leyes de los diagramas de Feynman, de modo que las partículas se combinan en otras partículas el de la misma manera que lo hacen en el modelo estándar. En la hoja del mundo de cuerdas, estas leyes de combinación de partículas son las leyes de productos algebraicos de operadores, describen cómo expandir un producto de dos operadores en una serie infinita de un tercer operador. Este proceso tiene un límite en el que los puntos de fusión de las partículas entrantes se juntan mediante una transformación conforme, de modo que cada una de sus oscilaciones ya no es distinta, sino que se fusiona en una oscilación combinada hace mucho, mucho tiempo (el límite de colisión es no es realmente un límite de corta distancia, pero un límite de tiempo largo). La oscilación combinada parece una serie infinita de partículas en la teoría, una serie infinita de operadores en la hoja del mundo que crean la oscilación correspondiente al envío de una de estas partículas desde el infinito.

Esto es como una expansión de Taylor, excepto por las cantidades fluctuantes, y las leyes del producto del operador son las leyes de fusión de cuerdas y suma de vibraciones. No puedes hacer nada, porque siempre tienes una hoja del mundo, y la ley de la suma es extraña, no por las leyes de la superposición (como las ondas del agua o las oscilaciones de las bandas elásticas), sino por las reglas de expansión del producto del operador.

Aquí hay una conferencia para los estudiantes de verano del CERN sobre "qué es la teoría de cuerdas" , por lo que los físicos deberían poder obtener una idea general de la idea. Hay más conferencias en el " programa de conferencias para estudiantes de verano " si alguien está realmente interesado. Usé "cadenas" para buscar.

La dispersión de cuerdas es una extensión "simple" de los diagramas de Feynman, para aquellos que conocen los diagramas de Feynman, en lo que respecta a los dibujos.

Cuando dos partículas se dispersan, salen más partículas si la energía es alta. En los diagramas de Feynman hay reglas específicas sobre vértices, etc., que permiten calcular la sección transversal de una salida específica.

Lo mismo ocurre cuando las dos partículas se representan como excitaciones en dos cuerdas. Cuando chocan, pueden simplemente cambiar el nivel de energía y, por lo tanto, representar una partícula diferente siguiendo las reglas de conservación, como con los diagramas de Feynman, o se puede mapear una generación más complicada de cadenas, cuando uno está mirando una dispersión de dos a muchas partículas.