Cosmología brana

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 granel

La idea central es que el universo tridimensional visible está restringido a una brana dentro de un espacio de dimensiones superiores, llamado espacio "masivo" (también conocido como "hiperespacio"). Si las dimensiones adicionales son compactas, entonces el universo observado contiene la dimensión adicional y entonces no es apropiada ninguna referencia al volumen. En el modelo de masa, al menos algunas de las dimensiones adicionales son extensas (posiblemente infinitas) y otras branas pueden estar moviéndose a través de esta masa. Las interacciones con la mayor parte, y posiblemente con otras branas, pueden influir en nuestra brana y, por tanto, introducir efectos que no se ven en modelos cosmológicos más estándar.

Por qué la gravedad es débil y la constante cosmológica es pequeña

Algunas versiones de la cosmología de las 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 la brana, las fuerzas electromagnéticas, nucleares débil y fuerte están localizadas en la brana, pero la gravedad no tiene tal restricción y se propaga en todo el espacio-tiempo, llamado masa. Gran parte del poder de atracción gravitacional se "fuga" en el cuerpo. a granel. Como consecuencia, la fuerza de gravedad debería parecer significativamente más fuerte en escalas pequeñas (subatómicas o al menos submilimétricas), donde se ha "filtrado" menos fuerza gravitacional. Actualmente se están realizando varios experimentos para comprobarlo. Las extensiones de la idea de la gran dimensión extra con supersimetría en su conjunto parecen prometedoras para abordar el llamado problema de la constante cosmológica.

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.

Los autores discutieron la posibilidad de que el Universo tenga ${displaystyle (3+N)+1}$ dimensiones, pero las partículas comunes se limitan en un pozo potencial que es estrecho a lo largo ${displaystyle N}$ direcciones espaciales y planos a lo largo de otros tres, y propuso un modelo particular de cinco dimensiones.

En 1998/99, Merab Gogberashvili publicó en arXiv una serie de artículos en los que demostraba que si el Universo se considera 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. Gogberashvili también demostró que la tetradimensionalidad del Universo es el resultado del requisito de estabilidad que se encuentra 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.

En 1999, se propusieron los escenarios Randall-Sundrum, estrechamente relacionados, RS1 y RS2. (Consulte el modelo Randall-Sundrum para obtener una explicación no técnica de RS1). Estos modelos particulares de cosmología de branas han atraído una considerable atención. Por ejemplo, en 2000 siguió el modelo relacionado de Chung-Freese, que tiene aplicaciones para la ingeniería métrica del espacio-tiempo.

Más tarde aparecieron las propuestas ekpiróticas y cíclicas. La teoría ekpirótica plantea la hipótesis de que el origen del universo observable se produjo cuando chocaron dos branas paralelas.

Pruebas empíricas

Hasta el momento, no se ha informado ninguna evidencia experimental u observacional de grandes dimensiones adicionales, como lo requieren los modelos 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 adicionales. El reciente evento de ondas gravitacionales de múltiples mensajeros GW170817 también se ha utilizado para poner límites débiles a grandes dimensiones adicionales.