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TEORIAS DE GRAN UNIFICACION

Si bien en el Modelo Estándar se reunían tres de las interacciones fundamentales, no por eso quedaban unificadas, pues cada una de ellas aparecía con su intensidad propia y, por tanto, con su constante de acoplamiento característica. Podría ocurrir que a una determinada energía muy superior a los 100 GeV, las tres constantes tuviesen un mismo valor. Físicamente, esto significaría que a esta determinada energía, las tres interacciones tendrían la misma intensidad, es decir, que tendríamos una única interacción.
Las Teorías de Gran Unificación o G.U.T. son aquellas que estudian las interacciones fundamentales en el rango de energías en que las tres llegan a ser una misma. Tendríamos entonces una única interacción, y, por tanto, una única intensidad. En 1974, H.Geogi y S.Glashow (Harvard, E.E.U.U.), propusieron el grupo SU(5) como el más sencillo de todos los posibles. Si en dicho modelo SU(5) se estudia la evolución con la energía de las tres constantes de acoplamiento, se comprueba el hecho sorprendente de que éstas se unifican a una energía del orden de 10 15 GeV.
Una energía tan enorme no será alcanzada por las generaciones futuras de aceleradores. Entonces, ¿por qué no conformarnos con el Modelo Estándar, aunque sea renunciando al placer estético de unificar las interacciones fundamentales?.
En respuesta a esto se pueden dar, al menos, dos razones que hacen relevantes las Teorías de Gran Unificación. Primera: estas energías se alcanzaron en el Universo cuando, después del Big Bang, su diámetro y su temperatura eran, respectivamente, del orden de 10 -29 cm y 10 28 ºC (esto convierte al Universo en el laboratorio ideal). Segunda: la posibilidad de formular una Teoría a 10 15 GeV, con un número de parámetros inferior a los que aparecen en el Modelo Estándar. Por supuesto, luego tendríamos que "descender" de 10 15 GeV a 100 GeV, es decir, hacer predicciones a las energías ordinarias.
Si en una teoría con una invariancia gauge SU(3), como la Cromodinámica Cuántica, teníamos ocho partículas mediadoras de la interacción fuerte (los gluones), en el caso SU(5) tendríamos 24. De estas 24 conocemos, hasta ahora, sólo 12: 1 fotón, 8 gluones y los bosones W+, W- y Zº, que son los mediadores de las interacciones electromagnética, fuerte y débil, respectivamente, que pasaban de un quark a otro quark y de un leptón a otro leptón. pero ahora, las 12 partículas mediadoras restantes (que se denominan bosones X e Y), permitirán el paso de quark a leptón y viceversa. Este hecho tiene una consecuencia física relevante e inédita: el protón, que hasta ahora se consideraba una partícula estable, ¡se desintegraría!
Entre otras predicciones del modelo SU(5), están el ángulo de Weinberg y la cuantificación de la carga eléctrica. A pesar de su éxito, este modelo deja muchas cuestiones sin resolver como la existencia, al menos, de tres familias, el elevado número de parámetros (21), la llamada "jerarquía de roturas", y además, ¿por qué no incluir, a esas enormes energías, la interacción gravitatoria?
El elevado número de parámetros y la jerarquía de roturas requieren la introducción de un nuevo concepto: la "Supersimetría". En cuanto a la introducción de la interacción gravitatoria, este tema dará lugar a la teoría conocida con el nombre de "Supergravedad".