Las teorías en las que se basan las predicciones con las que se comparan los datos del
Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, que han dado lugar al descubrimiento
del bosón de Higgs, entre otros resultados, están mal definidas en las cuatro
dimensiones del espacio-tiempo que estableció Einstein. Para evitar la aparición de
infinitos en los cálculos que arrojaban estas teorías se introdujeron nuevas
dimensiones en un ‘truco matemático’ que, sin embargo, no se corresponde con lo que
se conoce del Universo. Ahora, un grupo de investigadores del Instituto de Física
Corpuscular (IFIC), centro mixto del Consejo Superior de Investigaciones Científicas
(CSIC) y la Universitat de València, ha desarrollado un método que evita la aparición de
esos infinitos y permite mantener la teoría en las cuatro dimensiones habituales del
espacio-tiempo.
El origen del problema reside en que, desde el punto de vista teórico, se podrían
producir partículas en las colisiones del LHC con energía cero, lo que, además, es
distinto de no emitir ninguna partícula. Lo mismo ocurre cuando dos partículas se
producen exactamente en la misma dirección: resultan indistinguibles de una sola
partícula. Otro de los problemas deriva de la necesidad de introducir correcciones
cuánticas en los cálculos teóricos, lo que requiere extrapolar la validez de estas teorías
hasta energías infinitas, jamás alcanzadas en un acelerador de partículas.
Sin embargo, desde el punto de vista del experimento, estas situaciones resultan
difícilmente aceptables. Para la teoría, asumirlas conlleva la aparición de infinitos en
las cuatro dimensiones del espacio-tiempo, el continuo que une los dos conceptos que
estableció Einstein en su teoría de la relatividad especial. Y los infinitos se llevan mal
con las predicciones teóricas.
La solución que encontraron en 1972 los premios Nobel Gerardus ´t Hooft y Martinus
J.G. Veltman fue alterar las dimensiones del espacio-tiempo. El método, conocido
como Regularización Dimensional, consiste en definir la teoría en un espacio-tiempo
de más de cuatro dimensiones. Los infinitos que surgen en cuatro dimensiones
aparecen entonces como contribuciones que dependen de la diferencia de
dimensiones con respecto a cuatro. Se trata de un ‘truco matemático’ para modelar esos infinitos en pasos intermedios de los cálculos que permite obtener predicciones
imposibles de obtener de otro modo.
Sin embargo, un grupo de investigadores del Instituto de Física Corpuscular, liderado
por el investigador del CSIC Germán Rodrigo, ha desarrollado un nuevo método que
redefine la teoría evitando la aparición de infinitos, y que permite por tanto mantener
la teoría en las cuatro dimensiones habituales del espacio-tiempo. El método supone
un cambio en cómo se obtienen predicciones teóricas de alta precisión con las que
comparar los datos experimentales del LHC, simplifica los complejos cálculos que se
tienen que realizar para ello y resuelve uno de los problemas principales a los que
tienen que enfrentarse los físicos de partículas a la hora de trasladar la teoría al
experimento.
El método se basa en una correspondencia directa establecida entre distintos
diagramas que propician la aparición de infinitos. Estos diagramas, propuestos por el
premio Nobel Richard Feynman, son utilizados por los físicos para representar las
colisiones a muy altas energías entre partículas subatómicas que se producen en los
grandes aceleradores como el LHC.
La relación de correspondencia, desarrollada por los investigadores del IFIC en
colaboración con el grupo de la Universidad de Florencia que dirige Stefano Catani, se
conoce con el nombre de ‘dualidad loop-tree’ y unifica estados cuánticos que para la
teoría eran diferentes pero que no lo son desde el punto de vista experimental, como
que una partícula tenga energía 0 o que no se emita ninguna partícula.
El nuevo algoritmo fue presentado por el investigador del IFIC Germán Sborlini en la
principal conferencia mundial en física de partículas, ICHEP 2016, que se celebró a
principios de agosto en Chicago. Además, acaba de publicarse en la revista Journal of
High Energy Physics.
G.F.R. Sborlini, F. Driencourt-Mangin, R. Hernández-Pinto y G. Rodrigo. Four-dimensional
unsubtraction from the loop-tree duality. Journal of High Energy Physics. (2016) 2016: 160.
doi: 10.1007/JHEP08(2016)160
Más información:
Germán Rodrigo. Investigador científico del CSIC en el Instituto de Física Corpuscular.
German.Rodrigo@ific.uv.es // 96 354 36 74
Leer artículo completo: http://link.springer.com/article/10.1007/JHEP08(2016)160
