El año pasado, el El físico de partículas Lance Dixon estaba preparando una conferencia cuando notó una sorprendente similitud entre dos fórmulas que planeaba incluir en sus diapositivas.
Las fórmulas, llamadas amplitudes de dispersión, dan las probabilidades de los posibles resultados de las colisiones de partículas. Una de las amplitudes de dispersión representaba la probabilidad de que dos partículas de gluones chocaran y produjeran cuatro gluones; el otro dio la probabilidad de que dos gluones chocaran para producir un gluón y una partícula de Higgs.
“Me estaba confundiendo un poco porque se veían un poco similares”, dijo Dixon, profesor de la Universidad de Stanford, “y luego me di cuenta de que los números eran básicamente los mismos, solo que el orden se había invertido”.
Compartió su observación con sus colaboradores a través de Zoom. Sin conocer la razón por la cual las dos amplitudes de dispersión deberían corresponder, el grupo pensó que tal vez era una coincidencia. Comenzaron a calcular las dos amplitudes a niveles de precisión progresivamente más altos (cuanto mayor era la precisión, más términos tenían que comparar). Al final de la llamada, después de haber calculado miles de términos que seguían coincidiendo, los físicos estaban bastante seguros de que se enfrentaban a una nueva dualidad: una conexión oculta entre dos fenómenos diferentes que no podía explicarse con nuestra comprensión actual de la física.
Ahora, la dualidad antípoda, como la llaman los investigadores, se ha confirmado para cálculos de alta precisión que involucran 93 millones de términos. Si bien esta dualidad surge en una teoría simplificada de gluones y otras partículas que no describe del todo nuestro universo, hay pistas de que una dualidad similar podría tener lugar en el mundo real. Los investigadores esperan que investigar el extraño hallazgo pueda ayudarlos a establecer nuevas conexiones entre aspectos aparentemente no relacionados de la física de partículas.
"Este es un descubrimiento magnífico porque es totalmente inesperado", dijo Anastasia Volovich, física de partículas de la Universidad de Brown, "y todavía no hay una explicación de por qué debería ser cierto".
Dixon y su equipo descubrieron la dualidad antípoda mediante el uso de un "código" especial para calcular las amplitudes de dispersión de manera más eficiente que con los métodos tradicionales. Por lo general, para calcular la probabilidad de que dos gluones de alta energía se dispersen para producir cuatro gluones de menor energía, por ejemplo, debe considerar todas las vías posibles que podrían producir este resultado. Conoces el principio y el final de la historia (dos gluones se convierten en cuatro), pero también necesitas conocer el medio, incluidas todas las partículas que pueden aparecer y desaparecer temporalmente, gracias a la incertidumbre cuántica. Tradicionalmente, debe sumar la probabilidad de cada evento medio posible, tomándolos uno a la vez.
En 2010, estos engorrosos cálculos fueron eludidos por cuatro investigadores, incluido Volovich, que encontraron un atajo. Se dieron cuenta de que muchas de las expresiones complicadas en un cálculo de amplitud podrían eliminarse reorganizando todo en una nueva estructura. Los seis elementos básicos de la nueva estructura, llamados "letras", son variables que representan combinaciones de la energía y el momento de cada partícula. Las seis letras forman palabras, y las palabras se combinan para formar términos en cada amplitud de dispersión.
Dixon compara este nuevo esquema con el código genético, en el que cuatro componentes químicos se combinan para formar los genes en una cadena de ADN. Al igual que el código genético, el "ADN de la dispersión de partículas", como él lo llama, tiene reglas sobre qué combinaciones de palabras están permitidas. Algunas de estas reglas se derivan de principios físicos o matemáticos conocidos, pero otras parecen arbitrarias. La única forma de descubrir algunas de las reglas es buscando patrones ocultos en los largos cálculos.
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