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Particulas Elementales
Teoria de Campos
Cuerdas y Branas
Cosmologia
 

Cómo entender nuestro entorno siendo este tan variado? El estudio de sus propiedades fundamentales ha llevado a sintetizar lo que observamos como manifestaciones de elementos básicos: Los quarks, leptones, y los bosones de norma que son los mediadores de las interacciones de los primeros. Si bien no existe evidencia de que ellos estén formados por elementos mas fundamentales, el entendimiento de su naturaleza está lejos de haberse alcanzado. Fenómenos como la oscilación de neutrinos, la violación de simetrías discretas como CP, evidencias de nuevas formas de materia, y propiedades de nuevas partículas que sean descritas en términos de las hasta ahora fundamentales están entre los temas de investigación.

El lenguaje natural para describir a las partículas elementales y sus interacciones es la teoría cuántica de campos. El electromagnetismo y la gravitación fueron entendidos  incialmente en términos de campos clásicos. A nivel clásico un campo puede ser entendido como un tipo de tensión  que existe en el espacio vacio, aun en ausencia de materia, y se manifiesta a través de las fuerzas que produce sobre las partículas. La teoría cuántica de campos surge cuando confrontamos la relatividad especial con la mecaníca cuantíca. En la confluencia de estas dos teorías surgen nuevos fenomenos:  las partículas pueden ser creadas y destruidas, el concepto de antiparticulas se hace ineludible. En consecuencia la teoría cuantíca de campos constituye el cimiento para describir tanto a los constituyentes fundamentales (partículas elementales) así como a las interacciones entre ellas. Un nuevo paradigma de la física lo constituyen las teorías de norma, en base a las cuales se formula el modelo estandar (sin duda la teoría más exitosa y precisa de la física)  y el cual describe las  interacciones electro-débiles y  la cromodinámica cuántica, i.e. las interacciones entre las partícula elementales como los cuarcs y leptones (electrones y neutrinos). Una plétora de teorías y fenómenos fascinantes pueden sólo ser abordados con base en la teoría de campos: rompimientos espontaneo de la simetría, supersimetría, teorías de unificación, más dimensiones, efectos no-perturbativos, simetrías duales, inflación del universo,  renormalización, defectos topológicos, transiciones de fase, etc. Cabe señalar que muchos de estos conceptos son compartidos con otras ramas de la física, y resultan de gran utilidad en el estudio del efecto Hall cuántico y de la superconductivida por mencionar sólo algunos ejemplos. La teoría de campos es una rama de la física muy activa y rica en matemáticas y muchas de las soluciones exactas y   efectos no-perturbativos quedan aun por resolver.
 

   La cosmologia estudia la evolucion y el entendimiento de nuestro universo. Actualmente sabemos que el universo es homogeneo y esta creciendo.En tiempos pasados el universo era mas pequeño y tenia una mayortemperatura, este modelo es el de la Gran Explosion (Big Bang). Sin embargo,el modelo de la Gran Explosion no es totalmente satisfactorio ymodificaciones teoricas son necesarias para poder describir al universo observado. Dado que la evolucion del universo depende de que  esta hecho, si conocemos la fisica de las particulas (particulas elementales o campos y/o cuerdas-branas) que constituyen al universo y como se comportan (las fuerzas fundamentales) entonces podriamos entender y predecir que tipo de universo tenemos. Recientemente, las observaciones de la radiacion de fondoelectromagnetica y la velocidad de expansion de las supernovas nos han llevado a la conclusion de que el universo tiene una geometria plana y  se esta expandiendo de una forma acelerada, contradiciondo, aparentemente,  a la teoria de la gravedad. Estos resultados nos indican que solo el 5% del universo esta constituido por particulas o campos  del modelo estandar (cuarcs y leptones), el 25% por materia oscura y el restante 70% por energia oscura. Es precisamente en estudiar y determinar que es la materia y la energia oscura que forman el 95% del universo que la cosmolgia tiene uno de los problemas mas interesantes por resolver. Otro de los problemas abiertos de gran interes, es el determinar las condiciones iniciales del universo y saber si la singularidad inicial puedo ser evitada. Para ello, las teorias mas alla de modelo estandar tanto de campos como de cuerdas-branas y las dimensiones extra pueden ser de gran ayuda para resolver los misterios del universo.