Los físicos de partículas están intrigados por una nueva dualidad

Una vez descubiertas, estas reglas inescrutables han ayudado a los físicos de partículas a calcular amplitudes de dispersión con niveles de precisión mucho más altos de lo que podrían lograr con el enfoque tradicional.La reestructuración también permitió a Dixon y sus colaboradores detectar la conexión oculta entre las dos amplitudes de dispersión aparentemente no relacionadas.

Mapa de las antípodas

En el corazón de la dualidad está el "mapa antípoda". En geometría, el mapa antípoda toma un punto en una esfera e invierte las coordenadas, enviándote directamente a través del centro de la esfera a un punto en el otro lado. Es el equivalente matemático de cavar un hoyo de Chile a China.

En amplitudes de dispersión, el mapa antípoda que descubrió Dixon es un poco más abstracto. Invierte el orden de las letras utilizadas para calcular la amplitud. Aplique este mapa antípoda a todos los términos en la amplitud de dispersión para dos gluones que se convierten en cuatro y (después de un simple cambio de variables) esto da la amplitud para que dos gluones se conviertan en un gluón más el bosón de Higgs.

En la analogía del ADN de Dixon, la dualidad es como leer una secuencia genética al revés y darse cuenta de que codifica una proteína completamente nueva que no está relacionada con la codificada por la secuencia original.

“Todos estábamos convencidos de que el mapa de las antípodas era inútil. No parecía que tuviera ningún significado físico o que estuviera haciendo algo significativo", dijo. Matt von Hippelespecialista en amplitud en el Instituto Niels Bohr en Copenhague, que no participó en la investigación."Y ahora existe esta dualidad completamente inexplicable usándolo, que es bastante salvaje".

No es nuestro mundo

Ahora hay dos grandes preguntas. Primero, ¿por qué existe la dualidad? Y segundo, ¿se encontraría tal relación en el mundo real?

Las 17 partículas elementales conocidas que componen nuestro mundo obedecen a un conjunto de ecuaciones llamado Modelo estándar de física de partículas.Según el modelo estándar, dos gluones, las partículas sin masa que mantienen unidos los núcleos atómicos, interactúan fácilmente entre sí para duplicar su propio número, convirtiéndose en cuatro gluones. Sin embargo, para producir un gluón y una partícula de Higgs, los gluones que chocan primero deben convertirse en un quark y un antiquark; luego se transforman en un gluón y un Higgs por una fuerza distinta a la que gobierna las interacciones mutuas de los gluones.

Estos dos procesos de disipación son tan diferentes, uno involucra un sector completamente diferente del Modelo Estándar, que una dualidad entre ellos sería muy sorprendente.

Pero la dualidad antípoda también es inesperada incluso en el modelo simplificado de física de partículas que estudiaron Dixon y sus colegas. Su modelo de juguete impulsa gluones ficticios con simetrías adicionales que permiten cálculos más precisos de las amplitudes de dispersión. La dualidad vincula un proceso de dispersión que involucra estos gluones y uno que requiere una interacción de partículas externas descrita por una teoría diferente.

Dixon cree que tiene muy poca idea de dónde viene la dualidad.

Recuerde esas reglas inexplicables descubiertas por Volovich y sus colegas que dictan qué combinaciones de palabras se permiten en la amplitud de dispersión Algunas de las reglas parecen limitar arbitrariamente qué letras pueden aparecer una al lado de la otra en dos gluones a un gluón más -amplitud de Higgs . Pero asigna estas reglas al otro lado de la dualidad y se transforman en un conjunto de reglas bien establecidas que aseguran la causalidad: aseguran que las interacciones entre las partículas entrantes ocurran antes de que aparezcan las partículas salientes.

Para Dixon, este es un pequeño indicio de una conexión física más profunda entre las dos amplitudes y una razón para pensar que algo similar podría estar sucediendo en el modelo estándar. "Pero es bastante débil”, dijo. “Es como información de segunda mano”.

Ya se han descubierto otras dualidades entre diferentes fenómenos físicos. La correspondencia AdS-CFT, por ejemplo, en la que un mundo teórico sin gravedad es dual a un mundo con gravedad, ha alimentado miles de trabajos de investigación desde su descubrimiento en 1997. Pero esta dualidad también existe solo para un mundo gravitatorio con una geometría distorsionada. Sin embargo, para muchos físicos, el hecho de que casi existan múltiples dualidades en nuestro mundo sugiere que pueden estar arañando la superficie de un marco teórico general en el que se manifiestan estas sorprendentes conexiones. todos son parte de la historia", dijo Dixon.

historia original reimpreso con permiso de Revista Cuanta, publicación editorialmente independiente de Fundación Simons cuya misión es mejorar la comprensión pública de la ciencia al cubrir los desarrollos y tendencias de investigación en matemáticas y ciencias físicas y de la vida.