Un equipo de investigación internacional formado por Markus Sperling, investigador de la Facultad de Física de la Universidad de Viena, ha despertado el interés de la comunidad científica con resultados significativos en la física cuántica: en su estudio actual los investigadores han reproducido el método de Higgs. , que proporciona partículas elementales. masa y mediante el uso del concepto de “carcaj magnético”, desencadena la transición de fase. El trabajo ha sido publicado ahora en la revista “cartas de examen fisico“
La base de la investigación de Marcus Sperling, que se encuentra en la intersección de la física y las matemáticas, es la teoría cuántica de campos (QFT), un concepto físico-matemático dentro de la física cuántica que describe las interacciones de las partículas y sus interacciones a nivel subatómico. Desde 2018, desarrolla con sus colegas los llamados “carcaj magnéticos”, una herramienta gráfica que resume toda la información necesaria para describir QFT y, por tanto, interacciones complejas entre campos de partículas u otras cantidades físicas de forma clara e intuitiva.
Núcleos magnéticos metafóricos
Un carcaj consta de flechas direccionales y nodos. Las flechas representan campos cuánticos (campos de materia), mientras que los nodos representan interacciones entre campos -por ejemplo, fuertes, débiles o electromagnéticos-. La dirección de las flechas indica cómo se cargan los campos bajo las interacciones, como qué carga eléctrica llevan las partículas. Markus Sperling explica: “El término magnetismo también se utiliza aquí metafóricamente para referirse a propiedades cuánticas inesperadas que aparecen a través de estas representaciones. Como el espín de un electrón, que es inducido por un campo magnético. Los temblores magnéticos detectables revelan ciertas propiedades o estructuras en QFT que pueden no ser evidentes a primera vista.” Como tales, ofrecen una forma práctica de observar y analizar fenómenos cuánticos complejos, facilitando nuevos conocimientos sobre los mecanismos fundamentales del mundo cuántico.
QFT supersimétricos
Para el estudio actual, se exploraron estados fundamentales estables (vacua), la configuración de energía más baja en la que no existen partículas ni excitaciones, en una variedad de “QFT supersimétricos”. Estos QFT, con su simple simetría espacio-temporal, sirven como entorno de laboratorio, ya que se asemejan a sistemas físicos reales de partículas subatómicas pero tienen algunas propiedades matemáticas que facilitan los cálculos. “Nuestra investigación es fundamental para nuestra comprensión de la física”, afirmó Sperling, ganador del premio FWF START. “Sólo después de comprender las QFT en nuestro entorno de laboratorio podremos aplicar estos conocimientos a modelos QFT más realistas”. El concepto de carcaj magnético, uno de los principales temas de investigación del proyecto START de Sperling en la Universidad de Viena, se utilizó como herramienta para proporcionar una descripción geométrica precisa de los nuevos carcaj cuánticos.
Decay y fisión: el mecanismo de Higgs reinterpretado
Con cálculos basados en álgebra lineal, el equipo de investigación demostró que, de forma análoga a la radiación en un núcleo atómico, un carcaj magnético puede descomponerse a un estado más estable o dividirse en dos carcaj separados. Estas transformaciones ofrecen una nueva comprensión del mecanismo de Higgs en las QFT, que se transforman en QFT más simples o se fisionan en QFT separadas e independientes. El físico Sperling dijo: “El mecanismo de Higgs describe cómo las partículas elementales adquieren su masa al interactuar con el campo de Higgs, que impregna el universo. Las partículas interactúan con este campo cuando se mueven por el espacio, como un nadador se mueve por el agua”. Una partícula que no tiene masa suele moverse a la velocidad de la luz. Sin embargo, cuando interactúa con el campo de Higgs, se “pega” al campo y se ralentiza, dándole masa. El método de Higgs es, por tanto, un concepto importante para comprender los elementos fundamentales y las fuerzas del universo. Matemáticamente, el algoritmo de “desintegración y fisión” se basa en los principios del álgebra lineal y una definición clara de estabilidad. Funciona de forma autónoma y no requiere ninguna entrada externa. Los resultados obtenidos con métodos inspirados en la física son relevantes no sólo en la física sino también en la investigación matemática: proporcionan una descripción fundamental y universalmente precisa de la estructura compleja e interconectada del vacío cuántico, lo que representa un gran avance en las matemáticas.
