Ciencia-Física

En 2009 el físico Petr Hořava introdujo una gravedad cuántica no relativista (que no es invariante Lorentz). En el caso proyectable es una teoría renormalizable en 3+1 dimensiones; de hecho, la primera teoría cuántica de la gravedad con gravitones que lo es (los teorías con derivadas altas de la métrica también lo son pero no presentan gravitones). El joven físico español Mario Herrero-Valea y varios colegas publica hoy en ArXiv que dicha teoría, además, es asintóticamente libre en 2+1 dimensiones (las teorías con derivadas altas también lo son). Por tanto, el acoplamiento entre los gravitones disminuye a cortas distancias o a grandes energías, por lo que los gravitones se comportan como si fueran partículas libres (lo mismo pasa con quarks y gluones en la QCD en 3+1). Un gran avance hacia una demostración en 3+1 dimensiones, que además muestra que el futuro de la gravedad cuántica de Hořava–Lifshitz es muy prometedor.

El campo de Higgs le da masa a los quarks, pero es casi irrelevante para entender la masa del protón. Sin embargo, su papel es fundamental para entender la masa del pión. El origen de la masa de los hadrones es una combinación de la anomalía de traza (que explica casi toda la masa del protón, pero casi nada de la masa del pión) y de la interacción de Yukawa mediada por el Higgs. El origen de la masa de los hadrones en el modelo estándar parece estar relacionado con el problema del salto de masa en las teorías de Yang–Mills puras (sin fermiones), cuya solución recibirá un Premio del Milenio del Instituto Clay de Matemáticas, dotado con un millón de dólares.

El físico Erik Verlinde es famoso por su teoría de la gravedad emergente a partir de una fuerza entrópica. La energía oscura sería una especie de éter gravitacional, un medio elástico que emerge del entrelazamiento entre grados de libertad cuánticos. Más aún, la materia oscura sería resultado de la interacción de la energía oscura con la materia bariónica. Su teoría permite derivar la teoría MOND de Milgrom a escala galáctica. Teoría que se modifica a escala de supercúmulos y a escala cosmológica para ajustarse a las observaciones que la refutan. Verlinde afirma que su teoría explica por qué la materia oscura representa el 75% de la materia total (y la materia ordinaria el 25%).

La gravedad cuántica es el campo de la física teórica que procura unificar la teoría cuántica de campos, que describe tres de las fuerzas fundamentales de la naturaleza, con la relatividad general, la teoría de la cuarta fuerza fundamental: la gravedad. La meta es lograr establecer una base matemática unificada que describa el comportamiento de todas las fuerzas de la Naturaleza, conocida como la Teoría del campo unificado.

En 1929, Wigner y von Neumann propusieron que algunos sistemas cuánticos mostraban estados ligados en su espectro continuo (BIC). Se observaron por primera vez en un sistema acústico en 1966. Hoy sabemos que este fenómeno es general entre los sistemas ondulatorios. Aparecen estados BIC en sistemas que muestran algún mecanismo de autoconfinamiento, como los cristales fotónicos, los puntos cuánticos, el grafeno y los aislantes topológicos, entre otros. Los BIC más interesantes son los que tienen una carga topológica que les protege de las perturbaciones y que les dota de gran robustez. Por ello cada día se proponen más aplicaciones prácticas potenciales.

La onda gravitacional GW150914 observada por LIGO ha sido producida por la fusión de dos agujeros negros. ¿Podría ser el resultado de la fusión de dos objetos compactos exóticos? En dicho caso se deben observar ecos de la señal. El físico Niayesh Afshordi (Perimeter Institute) y varios colegas han buscado dichos ecos y han encontrado uno a solo 2,4 sigmas. La confianza estadística es insuficiente para afirmar nada a favor o en contra de su existencia. Habrá que estar al tanto de la búsqueda de ecos en futuras ondas gravitacionales (la segunda temporada de LIGO y la primera de Virgo se iniciará pronto).

The progress that physics experienced during the 20th century was probably one of the greatest and most everlasting successes of the humankind. Discovering … Read more

El tetraquark de mayor masa está formado por cuatro quarks bottom (o beauty). El quark bottom es el quark de mayor masa que puede formar hadrones, ya que la vida media del quark top es demasiado corta. El tetraquark bb̅bb̅ se desintegra en una pareja de los mesones más bellos, los úpsilon Υ (bb̅). La masa del estado fundamental de este tetraquark se estima en 18,69 ± 0,03 GeV, un valor similar (aunque un poco menor) que la suma de las masas de cuatro quarks bottom (su masa 1S es 4,66 ± 0,04 GeV según el PDG 2016).

Stephen W. Hawking, en agosto de 2015, propuso una solución a su paradoja de la información cuántica en los agujeros negros en evaporación. Los agujeros negros tendrían un tipo de pelo (soft hair) codificado vía la simetría BMS en forma de supertraslaciones mediadas por gravitones sin energía (soft gravitons). Por desgracia ya sabemos que esta idea no funciona. Ahora vuelve a la carga con una nueva idea, el pelo estaría codificado en forma de superrotaciones, también mediadas por gravitones sin energía vía la simetría BMS. Los cálculos cuánticos semiclásicos son mucho más difíciles, pero la idea es mucho más prometedora.

Espacio-tiempo cuántico y requerimientos de una teoría cuántica de la gravedad.

Por otra parte, los físicos cuánticos han dependido desde su invención de una estructura (no-dinámica) fija como substrato. En el caso de la mecánica cuántica, es el tiempo el que se da y no es dinámico, exactamente como en la mecánica clásica newtoniana. En teoría relativista de campos cuánticos, lo mismo que en teoría clásica de campos, el espacio-tiempo de Minkowski es el substrato fijo de la teoría. Finalmente, la teoría de las cuerdas, comenzada como una generalización de la teoría de campos cuánticos donde, en vez de partículas puntuales, se propagan en un fondo fijo del espacio-tiempo objetos semejantes a cuerdas.