Per tal d’evitar l’aparició d’infinits en els càlculs, aquestes teories introdueixen més dimensions en l’espai-temps que les conegudes. El mètode s’ha presentat a la conferència ICHEP 2016 de Chicago i es publica a ‘Journal of High Energy Physics’.
Les teories en les quals es basen les prediccions amb què es comparen les dades del Gran Col·lisionador d’Hadrons (LHC) del CERN, que han donat lloc al descobriment del bosó de Higgs entre altres resultats, estan mal definides en les quatre dimensions de l’espai-temps que va establir Einstein. Per a evitar l’aparició d’infinits en els càlculs que llançaven aquestes teories es van introduir noves dimensions en un ‘truc matemàtic’ que, tanmateix, no es correspon amb el que coneixem de moment de l’Univers. Ara, un grup d’investigadors de l’Institut de Física Corpuscular (IFIC, CSIC-UV) ha desenvolupat un mètode que evita l’aparició d’aquets infinits i permet mantenir la teoria en les quatre dimensions habituals de l’espai-temps.
L’origen del problema resideix en el fet que, des del punt de vista teòric, es podrien produir partícules en les col·lisions de l’LHC amb energia zero, la qual cosa, a més, és diferent de no emetre cap partícula. El mateix ocorre quan dues partícules es produeixen exactament en la mateixa direcció: resulten indistingibles d’una sola partícula. Un altre dels problemes deriva de la necessitat d’introduir correccions quàntiques en els càlculs teòrics, la qual cosa requereix extrapolar la validesa d’aquestes teories fins a energies infinites, mai aconseguides en un accelerador de partícules.
Però, des del punt de vista de l’experiment, aquestes situacions resulten difícilment acceptables. Per a la teoria, assumir-les té un preu: l’aparició d’infinits en les quatre dimensions de l’espai-temps, el continu que uneix els dos conceptes que va establir Einstein en la seua teoria de la relativitat especial. I els infinits es porten malament amb les prediccions teòriques.
La solució que van trobar en 1972 els premis Nobel Gerardus’t Hooft i Martinus J.G. Veltman va ser alterar les dimensions de l’espai-temps. El mètode, conegut com a Regularització Dimensional, consisteix a definir la teoria en un espai-temps de més de quatre dimensions. Els infinits que sorgeixen en quatre dimensions apareixen llavors com a contribucions que depenen de la diferència de dimensions de les quatre.
Es tracta d’un ‘truc matemàtic’ per a modelar aquests infinits en passos intermedis dels càlculs que permeten obtenir prediccions impossibles d’obtenir d’una altra manera.
No obstant açò, un grup d’investigadors de l’Institut de Física Corpuscular liderat per Germán Rodrigo ha desenvolupat un nou mètode que redefineix la teoria evitant l’aparició d’infinits i que permet, per tant, mantenir la teoria en les quatre dimensions habituals de l’espai-temps. El mètode suposa un canvi en com s’obtenen prediccions teòriques d’alta precisió amb les quals comparar les dades experimentals de l’LHC, simplifica els complexos càlculs que s’han de realitzar per a açò i resol un dels problemes principals als quals han d’enfrontar-se els físics de partícules a l’hora de traslladar la teoria a l’experiment.
El mètode es basa en una correspondència directa establida entre diferents diagrames que propicien l’aparició d’infinits. Aquests diagrames, proposats pel premi Nobel Richard Feynman, són utilitzats pels físics per a representar les col·lisions a molt altes energies entre partícules subatòmiques que es produeixen en els grans acceleradors com l’LHC.
La relació de correspondència, desenvolupada pels investigadors de l’IFIC en col·laboració amb el grup de la Universitat de Florència dirigit per Stefano Catani sota el nom de ‘dualitat loop-tree’, unifica estats quàntics que per a la teoria eren diferents però que no ho són des del punt de vista experimental, com que una partícula tinga energia 0 o que no s’emeta cap partícula.
El nou algorisme va ser presentat per l’investigador de l’IFIC Germán Sborlini en la principal conferència mundial en física de partícules, ICHEP 2016, que es va celebrar a principis d’agost a Chicago. A més, acaba de publicar-se en la revista Journal of High Energy Physics.
