Una brana es un objeto similar a una membrana de menor dimensión incrustado en un espacio-tiempo de dimensiones superiores, que actúa como frontera o defecto.Una brana, abreviatura de membrana, es un objeto fundamental en la teoría de cuerdas y marcos relacionados que generaliza el concepto de partícula puntual a dimensiones superiores. Una 0-brana es un punto, una 1-brana es una cuerda, una 2-brana es una membrana, y así sucesivamente. En muchos modelos, se piensa que nuestro universo observable es una 3-brana: una superficie tridimensional incrustada en un espacio-tiempo de dimensiones superiores. Las partículas y las fuerzas, excepto la gravedad, están confinadas a esta brana, mientras que la gravedad puede propagarse en las dimensiones extra. Esta idea ofrece explicaciones de por qué la gravedad parece tan débil en comparación con otras fuerzas, y proporciona un marco para abordar el problema de la jerarquía en la física de partículas.
El concepto de branas surgió de la teoría de cuerdas en las décadas de 1980 y 1990, con desarrollos clave de Joseph Polchinski, quien demostró en 1995 que las D-branas (donde pueden terminar las cuerdas abiertas) son esenciales para la teoría. El escenario del mundo-brana fue popularizado por Lisa Randall y Raman Sundrum en 1999.
En los escenarios de mundo-brana, los campos del Modelo Estándar son cuerdas abiertas cuyos extremos están unidos a la brana, por lo que no pueden abandonarla. Las interacciones gravitatorias, sin embargo, están mediadas por cuerdas cerradas que pueden viajar a través del bulk: el espacio de dimensiones superiores más allá de la brana. Esto significa que la gravedad puede 'filtrarse' hacia las dimensiones extra, diluyendo su intensidad en nuestra brana. La presencia de dimensiones extra también podría manifestarse como modificaciones a las leyes gravitatorias a pequeñas escalas o como señales en detectores de ondas gravitacionales, como el fondo estocástico o ecos en fusiones de agujeros negros.
Los modelos de branas se utilizan en cosmología teórica para explicar la debilidad de la gravedad, la naturaleza de la materia oscura (por ejemplo, como partículas que viven en otras branas), y para generar predicciones para observatorios de ondas gravitacionales y colisionadores de partículas.
En algunos modelos de mundo-brana, el Big Bang se interpreta como una colisión entre dos branas, que podría haber dejado una huella detectable en el fondo cósmico de microondas.
