Imagen relativa al ámbito de la Teoría de Cuerdas

Ha podido vislumbrarse por primera vez en el mundo real, la compleja forma de simetría matemática vinculada a la teoría de cuerdas, en unos experimentos de laboratorio con cristales exóticos.Matemáticos descubrieron la compleja simetría 248 tridimensional llamada E8 a finales del siglo XIX. Las dimensiones de la estructura no son necesariamente espaciales, como las tres dimensiones en que vivimos, sino que se corresponden con grados matemáticos libres, donde cada dimensión representa una variable diferente.

En la década de 1970, la forma simétrica apareció en los cálculos relacionados con la teoría de cuerdas, como candidato a una "teoría del todo" que podría explicar todas las fuerzas del universo. Pero la teoría de cuerdas sigue a la espera de la prueba experimental.

La estructura es también la base de otra propuesta en 2007 de teoría del todo avanzada, por el físico Garrett Lisi, que se refiere a E8 como "quizá la estructura más bella de las matemáticas".

Ahora, los físicos han detectado la firma de E8 en un ámbito muy distinto, en los experimentos sobre cristales super-congelados.

Arriba o abajo

Radu Coldea, y sus colegas de la Universidad de Oxford, refrigeraron un cristal hecho de cobalto y niobio a 0,04 °C por encima del cero absoluto. Los átomos de cristal están dispuestos en largas cadenas paralelas. Debido a una propiedad cuántica llamada espín, los electrones se agregan a las cadenas de átomos como diminutos imanes, cada uno de los cuales sólo pueden apuntar hacia arriba o hacia abajo.

Sucedieron cosas extrañas cuando los experimentadores aplicaron un poderoso campo magnético perpendicular de 5,5 Tesla en la dirección electrónica de estos "imanes". Unos patrones aparecieron espontáneamente en el espín del electrón de la cadena; en un ejemplo simplificado con tres electrones, los espín [giros] podían leerse de arriba-arriba-abajo o de abajo-arriba-abajo, entre otras posibilidades. Cada uno de los distintos patrones tenía una energía asociada diferente.

La proporción de estos diferentes niveles de energía mostraba que los espín del electrón se ordenaban a sí mismos según las relaciones matemáticas de la simetría E8.

Simetría compleja

Alexander Zamolodchikov, actualmente en la Universidad de Rutgers en Piscataway, New Jersey, señaló en 1989, que las energías teóricamente previstas de estos sistemas responden a las expectativas de la simetría E8.Pero la razón subyacente sigue siendo un misterio. Robert Konik del Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Upton, Nueva York, que no participó en el experimento, dice que es sorprendente el hecho de que un sistema simple, compuesto principalmente de cadenas unidimensionales magnéticas, se muestre como una simetría compleja. Es algo extraordinario poder ver esta casi exótica pieza matemática aparecer en el mundo real, añade.

Sin enlaceAunque el E8 se muestra en los cálculos de la teoría de cuerdas, el observar la simetría de los experimentos de cristal magnético no proporciona ninguna evidencia de la teoría de cuerdas en sí mismo, apuntaba Konik."El hecho de que podamos ver esta simetría particular en esta cadena de espín no dice nada sobre la teoría de cuerdas en sí", señaló. "La existencia de esta simetría es en cierto sentido un tipo independiente de cualquier otro fenómeno físico en particular".Por esta misma razón, dichos experimentos tampoco ofrecen ningún respaldo a la teoría del todo propuesta por Lisi, basada en E8, añadió.

La firma de una estructura matemática conocida como E8 se ha visto en el mundo real, por primera vez (Ilustración: Claudio Rocchini bajo licencia Creative Commons 2.5)