viernes, 19 de diciembre de 2008

La materia es una fluctuacion en el vacio

Gracias a Maikelnai, podemos conocer esta increible noticia.

La materia se construye sobre fundamentos frágiles. Los físicos acaban de confirmar que la materia, aparentemente sustancial, es en realidad nada más que fluctuaciones en el vació cuántico. Los investigadores simularon la frenética actividad que sucede en el interior de los protones y neutrones, que como sabéis son las partículas que aportan casi la totalidad de la masa a la materia común.

Cada protón (o neutrón) se compone de tres quarks - véase ilustración - pero las masas individuales de estos quarks apenas comprenden el 1% del total de la masa del protón ¿Entonces de donde sale el resto?

La teoría sostiene que esta masa es creada por la fuerza que mantiene pegados a los quarks, y que se conoce como fuerza nuclear fuerte. En términos cuánticos, la fuerza fuerte es contenida por un campo de partículas virtuales llamadas gluones, las cuales irrumpen aleatoriamente en la existencia para desaparecer de nuevo. La energía de estas fluctuaciones del vacío debe sumarse a la masa total del neutrón y del protón.

Llegar a estos números ha llevado varias décadas. La fuerza fuerte se describe mediante las ecuaciones de la cromodinámica cuántica, o QCD; ecuaciones que son demasiado difíciles de resolver en la mayor parte de los casos.

De modo que los físicos han desarrollado un método llamado enrejado QCD, en el cual se modela un espacio-tiempo liso en forma de rejilla de puntos separados. Este enfoque pixelado permite que las complejidades de la fuerza fuerte puedan simularse con cierta aproximación mediante computadoras.

Los cálculos de Gnarly

Hasta hace poco, los cálculos en el enrejado QCD se concentraban en los gluones virtuales, e ignoraban otros componentes importantes del vacío como los pares de quarks y antiquarks virtuales.

Los pares quark-antiquark pueden emerger y transformar momentáneamente un protón en una partícula diferente y más exótica. De hecho, el verdedero protón es la suma de todas estas posibilidades sucediendo al mismo tiempo.

“Los quarks virtuales hacen mucho más complicados los cálculos, implicando la utilización de una matriz de más de 10.000 billones de números”, comenta el miembro del equipo Stephan Dürr del Instituto John von Neumann de Computación en Jülich, Alemania.

“No existe ninguna computadora en la Tierra que pueda almacenar una matriz numérica tan enorme en su memoria”, comentó Dürr a New Scientist, “así que hemos tenido que hacer algunos trucos para evaluar la masa de un protón”.

La hora de la verdad

Varios equipos han estado pensando en formas de resolver estos problemas técnicos, y hace cinco años, un equipo dirigido por Christine Davies de la Universidad de Glasgow en el Reino Unido, logró calcular la masa de una partícula exótica llamada mesón B_c.

Esa partícula solo contiene dos quarks, lo cual hizo que su simulación fuera más simple que la del protón, que tiene tres quarks. Para operar con protones y neutrones, el equipo de Dürr empleó varios meses de tiempo de trabajo en la red de computadoras en paralelo de Jülich, que puede manejar 200 teraflops (o 200 billones de cálculos aritméticos por segundo).

Incluso así, tuvieron que recortar su código para usar la potencia de la red de forma eficiente. “Realizamos un esfuerzo enorme en asegurarnos de que el código hiciera un uso óptimo de la máquina”, comenta Dürr.

Sin los quarks, las primeras simulaciones arrojaron un error en la masa de un protón en torno a un 10%. Con ellos, Dürr obtuvo un resultado que solo se aleja un 2% del valor medido experimentalmente.

Campo de Higgs

Aunque los físicos ya esperaban que la teoría finalmente coincidiese con los experimentos, se trata de un importante punto de referencia. “Lo mejor es que demuestra que se puede uno aproximar a los experimentos mediante simulaciones informáticas”, comenta Davies. “Ahora que sabemos que el enrejado QCD funciona, queremos hacer cálculos exactos de las propiedades de las partículas, no solo de su masa”.

Eso permitirá a los físicos someter a prueba a la QCD y buscar sus efectos más allá de la física conocida. Por ahora, los cálculos de Dürr demuestran que la QCD describe partículas basadas en quarks de forma precisa, y que la mayor parte de nuestra masa viene de quarks virtuales y gluones que burbujean en el vacío cuántico.

Se cree que el campo de Higgs hace también su pequeña contribución, dando masa a los quarks individuales, así como a los electrones y a otras varias partículas. El campo de Higgs también crea masa a partir del vacío cuántico, en forma de bosones virtuales de Higgs. De modo que si el LHC confirma la existencia del bosón de Higgs, eso significará que toda la realidad es virtual.

Fuente noticia New Scientist (Autor: Stephen Battersby)

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