Ciencia en tus manos

El algoritmo que permite a los físicos de partículas contar más que 2

No hay comentarios Share:
El algoritmo que permite a los físicos de partículas contar más que 2

Thomas Gehrmann recuerda el diluvio de expresiones matemáticas que cayó en cascada por la pantalla de su computadora un día hace 20 años.

Estaba tratando de calcular las probabilidades de que salieran tres chorros de partículas elementales a partir de dos partículas chocando entre sí. Era el tipo de cálculo básico que los físicos suelen hacer para comprobar si sus teorías coinciden con los resultados de los experimentos. Sin embargo, las predicciones más precisas requieren cálculos más largos, y Gehrmann iba a lo grande.

Utilizando el método estándar ideado hace más de 70 años por Richard Feynman, había esbozado diagramas de cientos de posibles formas en que las partículas en colisión podrían transformarse e interactuar antes de disparar tres chorros. Sumar las probabilidades individuales de esos eventos daría la posibilidad general del resultado de los tres chorros.

Pero Gehrmann necesitaba software solo para contar los 35.000 términos en su fórmula de probabilidad. ¿En cuanto a calcularlo? Ahí es cuando «levantas la bandera de la rendición y hablas con tus colegas», dijo.

Afortunadamente para él, uno de esos colegas conocía una técnica aún no publicada para acortar drásticamente este tipo de fórmula. Con el nuevo método, Gehrmann vio que los términos se fusionaban y se desvanecían por miles. En las 19 expresiones computables que quedaron, vislumbró el futuro de la física de partículas.

En la actualidad, el procedimiento de reducción, conocido como algoritmo de Laporta, se ha convertido en la principal herramienta para generar predicciones precisas sobre el comportamiento de las partículas. «Es omnipresente», dijo Matt von Hippel, físico de partículas de la Universidad de Copenhague.

Si bien el algoritmo se ha extendido por todo el mundo, su inventor, Stefano Laporta, sigue siendo desconocido. Rara vez asiste a conferencias y no está al mando de una legión de investigadores. «Mucha gente simplemente asumió que estaba muerto», dijo von Hippel. Por el contrario, Laporta vive en Bolonia, Italia, socavando el cálculo que más le importa, el que generó su método pionero: una evaluación cada vez más precisa de cómo se mueve el electrón a través de un campo magnético.

Uno, dos, muchos

El desafío de hacer predicciones sobre el mundo subatómico es que pueden suceder infinitas cosas. Incluso un electrón que solo se ocupa de sus propios asuntos puede emitir espontáneamente y luego recuperar un fotón. Y ese fotón puede evocar partículas fugaces adicionales en el ínterin. Todos estos entrometidos interfieren levemente con los asuntos del electrón.

En el esquema de cálculo de Feynman, las partículas que existen antes y después de una interacción se convierten en líneas que entran y salen de un boceto de caricatura, mientras que las que aparecen brevemente y luego desaparecen forman bucles en el medio. Feynman descubrió cómo traducir estos diagramas en expresiones matemáticas, donde los bucles se convierten en funciones sumadoras conocidas como integrales de Feynman. Los eventos más probables son aquellos con menos bucles. Pero los físicos deben considerar posibilidades más raras y en bucle cuando hacen el tipo de predicciones precisas que pueden probarse en experimentos; sólo entonces podrán detectar signos sutiles de nuevas partículas elementales que pueden faltar en sus cálculos. Y con más bucles vienen exponencialmente más integrales.

Ilustración: Revista Quanta

También te puede gustar