Uno de los mayores desafíos de la física contemporánea es describir las cuatro interacciones (fuerzas) fundamentales en un solo marco teórico, sostiene el doctor en Ciencias Físicas Ricardo Caroca, académico del Departamento de Matemáticas y Física Aplicada de la Facultad de Ingeniería UCSC, y a avanzar en ese ámbito quiere aportar con “Three-dimensional hyper-AdS3⊕Lorentz and hyper-Maxwell hypergravities obtained from hyper- Lorentz by means of expansion method of Lie algebra”, una de las 11 propuestas adjudicadas con financiamiento en la convocatoria 2020 del Concurso Interno de Proyectos Regulares de Investigación de la Dirección de Investigación (DI-Regular) y de la que es investigador responsable.

El proyecto

Para comprender los propósitos del trabajo científico, el físico explica que “actualmente la electromagnética, nuclear fuerte y nuclear débil -tres de las cuatro interacciones fundamentales- pueden ser descritas y unificadas con éxito a través del Modelo Estándar (MS) de la física de partículas elementales. Las tres fuerzas pueden ser satisfactoriamente descritas como una teoría de gauge a través del MS, que es una descripción cuántica y relativista, donde las interacciones entre partículas elementales, en general fermiones (con spin semi-enteros), son mediadas por los bosones (spines enteros) de gauge; siendo el spin una propiedad de la materia, al igual que la masa y la carga”. En tanto, la fuerza de gravedad queda fuera, pero se explica con satisfacción a través de la Teoría de la Relatividad General (RG) de Albert Einstein, sobre lo que aclara que “lo que la distingue de las otras fuerzas, es que en la RG el espacio-tiempo ‘background’ tiene dinámica y su descripción cuántica permanece aún como un tema abierto”.

Pero se han dado pasos que son prometedores, afirma el doctor Caroca, específicamente a través de la Teoría de Higher-Spin. Esta “considera campos de materia (partículas) con spines superiores. En particular, la Relatividad General se puede acoplar a campos fermiónicos sin masa de espines superiores (semi-enteros), a través de la teoría de la Hipergravedad (higher-spin)”, precisa. Justamente, en este proyecto se busca estudiar el acoplamiento de los campos de espín superior semi-enteros (spin-5/2) a las teorías de la gravedad más allá de la RG, en tres dimensiones espacio-temporales y también en dimensiones impares superiores.

Para lograrlo, adelanta que “se pretende construir una generalización de la gravedad Hyper-Poincaré a otra que denominamos gravedad ‘Hyper-Maxwell’ en tres dimensiones, para posteriormente acomodarle una constante cosmológica (gravedad Hiper-AdS⊕Lorentz). Constituye una extensión desde la simetría de Hyper-Poincaré a la simetría tipo Hyper-Maxwell”. El paso siguiente a ello es “formular una teoría de la gravedad Hyper-Maxwell en un espacio-tiempo de Minkowski de dimensiones impares superiores. Esperamos estudiar también las simetrías asintóticas asociadas a ambas extensiones”.

De la teoría a la aplicación

Un estudio que comenzó su desarrollo el primer semestre de 2020 junto a los coinvestigadores Javier Matulich y Patrick Concha y para el que disponen de cuatro años para ejecutarle y concretar los objetivos que se traduzcan en resultados que impacten favorablemente a lo que el doctor Caroca define como “la gran aventura de la humanidad: la unificación, encontrar unos pocos principios fundamentales que expliquen el comportamiento de la naturaleza (‘El sueño de una teoría final’ de Steven Weinberg, Premio Nobel de Física 1979)”.

En este sentido, destaca que los grandes avances y el nivel de la tecnología contemporánea permiten que muchos descubrimientos teóricos no demoren en aplicarse en manufacturas tecnológicas que luego pueden contribuir al bienestar de la sociedad y el medioambiente. “Muchos de los conocimientos descubiertos y usados tempranamente en la física teórica han sido y pueden ser aplicados posteriormente en otras disciplinas más aplicadas. La historia está llena de ejemplos, desde la ingeniería hasta la medicina”, enfatiza con expectativas sobre los resultados de la investigación que está dentro de un campo que había abordado mediante trabajos en extensiones teóricas de teorías higher-spin para spin-3 entero con un artículo publicado y espines superiores con un paper versión pre-print, además de haber estudiado en supergravedades extendidas.