Buscando la(s) dimensión(es) desconocida(s)

La física del siglo XXI tiene muchos retos. Tras casi un siglo de trabajos científicos, ha surgido la urgencia de determinar si nuestro universo tiene más de las tres dimensiones espaciales que nos son familiares a todos. De existir, muchos misterios y nuevos retos estarían justo por revelarse.

Imaginemos que dibujamos un perrito en una hoja de papel. Si el perrito pudiera moverse, iría corriendo a las cuatro esquinas de la hoja para marcar su territorio, pero no podría jamás salpicar a alguien fuera de la página. De hecho, como el perrito vive confinado a la hoja de papel, le sería complicado concebir que más allá de su mundo bidimensional existe un humano tridimensional que puede dibujar perritos en hojas de papel. ¿Cómo podría enterarse el perrito de que existe una dimensión extra?

¿Qué pensaría el perrito si nuestro lápiz tridimensional empezara a trazar pulgas sobre la página? ¿O si dibujáramos repentinamente una atractiva perrita? Para nuestro habitante bidimensional, tanto las pulgas como la perrita aparecerían de la nada. Aterrorizado por semejantes apariciones, nuestro amigo se atormentaría buscando alguna explicación y quizá comprendería que tales seres son el efecto de la existencia de un universo con más de dos dimensiones.

Nosotros vivimos en un universo aparentemente tridimensional y, para nosotros, imaginar una cuarta dimensión espacial resulta difícil. Sin embargo, ¿qué pasaría si hubiera una o más dimensiones extra? ¿Seríamos capaces de observar efectos físicos en nuestro universo como consecuencia de esas dimensiones? Científicos del siglo XX se hicieron esa pregunta y llegaron a la conclusión de que la existencia de dimensiones extra tendría, por fuerza, efectos en las leyes físicas del universo observable.

Tales efectos son tan importantes que, por ejemplo, en presencia de más de tres dimensiones, la fuerza de gravedad sería muy débil. Esto hubiera hecho imposible la formación de la Tierra y, por supuesto, de la vida. ¿Entonces no existen dimensiones adicionales? La respuesta no es sencilla y depende de la similitud entre las dimensiones conocidas y las adicionales.

En un intento por describir las fuerzas electromagnética y gravitacional en una sola teoría, el científico alemán Theodor Kaluza sugirió en 1921 la presencia de una dimensión extra. Einstein se mostró seducido por semejante idea. Luego, en 1926, ante la aparente ausencia de una cuarta dimensión, el físico sueco Oskar Klein explicó que tal dimensión podría ser "compacta", es decir, podría ser tan pequeña que pasaría inadvertida para un observador tan grande como nosotros.

¿Pero qué significa que una dimensión sea grande o pequeña? Para entender esto, volvamos al mundo de nuestro perrito. Hagamos la hoja infinitamente grande y luego enrollémosla en la dirección horizontal, dándole forma cilíndrica. En una hoja tan grande, el perrito no podrá darse cuenta de que una de sus dimensiones está enrollada. Sin embargo, si reducimos gradualmente el radio del cilindro (el tamaño de la dimensión), llegará el momento en que el perrito sólo podrá moverse en la dirección vertical. En otras palabras, hemos ocultado o, mejor dicho, "compactificado" la dimensión horizontal.

Dimensiones compactificadas podrían también existir en nuestro universo. De hecho, ha sido probado que la vida en nuestro planeta sería tal como la conocemos si las dimensiones extra fueran suficientemente pequeñas. Sólo mínimas alteraciones a las leyes físicas podrían ser detectadas microscópicamente. Cambios en la fuerza de gravedad, por ejemplo, podrían ser percibidos únicamente por organismos unicelulares o por instrumentos de medición muy precisos. Por otra parte, hay argumentos teóricos que indican que algunas características de las diminutas partículas que componen nuestro universo podrían encontrar su origen en la existencia de dimensiones extra. En este sentido, es posible pensar que nuestra vida no sería la misma si no existiera alguna dimensión oculta.

En el ámbito experimental también han habido esfuerzos para encontrar tales dimensiones ocultas. Mediciones en aceleradores de partículas indican que, de haber dimensiones "compactas", su tamaño debe ser menor a un milímetro. Actualmente, la esperanza se concentra en un nuevo acelerador, el LHC, construido en el mayor laboratorio de partículas elementales del mundo, el CERN. La energía a la que el CERN operará a partir este año permitirá, entre otras cosas, averiguar si hay dimensiones extra.

La creación de diminutos agujeros negros en el LHC podría ser una señal del éxito de la conjetura de Kaluza y Klein, tras ochenta años de esfuerzos. Así, hoy estamos a la puerta de un descubrimiento que, para muchos científicos del mundo, sería una ventana a un universo desconocido, la ventana a la(s) dimensión(es) desconocida(s).