Personal científico internacional ha combinado supercomputadores y nuevas técnicas para desentrañar la interacción entre quarks, logrando que este jueves la prestigiosa revista Nature publique la determinación más precisa hasta la fecha de la constante de acoplamiento fuerte, el parámetro que gobierna las interacciones entre quarks y gluones, componentes fundamentales de la materia nuclear. El estudio, fruto de una colaboración europea, cuenta con la participación de Alberto Ramos, investigador del Instituto de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-Universitat de València), integrado en el área científico-académica del Parc Científic de la Universitat de València (PCUV).
El resultado duplica la precisión de todas las mediciones experimentales previas combinadas, estableciendo el valor de referencia más exacto de este parámetro del Modelo Estándar. Esta mejora permitirá caracterizar con mayor precisión la interacción entre quarks, con implicaciones directas tanto para la física teórica como para la interpretación de datos del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) en el CERN. A su vez, impactará en los estudios de precisión del bosón de Higgs y en las búsquedas de física más allá del Modelo Estándar.
La interacción fuerte es una de las cuatro fuerzas fundamentales de la naturaleza, junto con el electromagnetismo, la gravedad y la interacción débil. Así como las partículas con carga eléctrica intercambian fotones y se atraen o repelen mediante el electromagnetismo, los quarks —que poseen un tipo de 'carga' llamada color— intercambian gluones e interaccionan de acuerdo a las leyes de la interacción fuerte. La constante de acoplamiento fuerte mide la intensidad de esta interacción; es un parámetro fundamental del Modelo Estándar y resulta esencial para interpretar los resultados experimentales del LHC, donde los protones que colisionan están precisamente compuestos por quarks unidos mediante esta interacción.
El nuevo resultado duplica la precisión de todas las mediciones experimentales previas combinadas, estableciendo el valor más exacto de la constante de acoplamiento fuerte y mejorando significativamente la interpretación de los datos del LHC
Esta fuerza se comporta de manera extraordinaria: a diferencia de las demás, su intensidad aumenta con la distancia. Esta propiedad obliga a los quarks a permanecer agrupados en estados de carga de color neutra —protones, neutrones y otras partículas compuestas—, imposibilitando su observación aislada. Este fenómeno, llamado confinamiento, dificulta no solo el estudio de las interacciones entre quarks, sino también la determinación precisa de la constante de acoplamiento fuerte, ya que requiere modelar cómo quedan atrapados dentro de las partículas compuestas.
Experimentos como ATLAS y CMS en el LHC pueden estimar el valor de la constante, pero su precisión se ve limitada por las incertidumbres de los modelos de confinamiento. Ahora, el estudio publicado en Nature ha superado ese obstáculo mediante simulaciones numéricas de las interacciones fuertes, alcanzando una precisión sin precedentes.
Supercomputación y nuevos métodos
El logro combina supercomputación masiva con técnicas teóricas desarrolladas específicamente para este cálculo. Esta sinergia entre potencia computacional y refinamiento teórico ha permitido determinar la interacción fundamental entre quarks con una enorme exactitud.
“Nuestra investigación —indica Alberto Ramos— de los últimos años se ha centrado en desarrollar nuevos métodos específicamente diseñados para resolver este tipo de problemas de forma numérica. Solo ahora, tras emplear ingentes cantidades de cálculo, hemos podido confirmar que estos métodos superan con creces las técnicas convencionales”.
El resultado, dos veces más preciso que todos los resultados experimentales combinados, servirá para analizar los datos del LHC con un nuevo nivel de precisión y testar el modelo estándar de física de partículas.
El avance, logrado mediante supercomputación masiva y nuevos métodos teóricos, permitirá testar el Modelo Estándar con mayor precisión y abrir nuevas vías en la búsqueda de física más allá del conocimiento actual
La publicación
Nature está considerada una de las revistas científicas más prestigiosas del mundo. Rechaza aproximadamente el 95% de los artículos que recibe y su factor de impacto es de los más elevados, junto al de Science. La física de partículas teórica raramente aparece entre sus páginas, lo que da muestra de la importancia de este resultado. No obstante, no es la primera vez que el IFIC logra publicar en la revista: el año pasado participó en el descubrimiento del neutrino más energético jamás observado —el llamado "neutrinazo"—, un hito que ocupó la portada de la revista.
Alberto Ramos destaca que esta publicación representa, “la culminación de muchos años de desarrollo de nuevas técnicas analíticas, de códigos y de ejecución de proyectos en supercomputadoras. Esta publicación confirma que los resultados obtenidos tendrán implicaciones más allá de nuestro campo teórico y poseen el potencial de impactar la física experimental de altas energías.”
Fuente: IFIC
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