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Teorías para desentrañar los misterios de la evolución en el tiempo

Las descripciones matemáticas de las interacciones entre partículas proporcionan información sobre la física de la materia condensada, la computación cuántica y el origen del Universo. El desarrollo de dos teorías nuevas que resuelven antiguas limitaciones debería estimular nuevos descubrimientos.
Teorías para desentrañar los misterios de la evolución en el tiempo
Las teorías de gauge en el retículo (Lattice Gauge Theories, LGT) son teorías de campos que explican la dinámica de las partículas elementales, formuladas en un retículo espacio-temporal en el que el espacio-tiempo se ha cuantificado en unidades discretas. Estas teorías han tenido un papel importante en diferentes descripciones empleadas en muchas áreas de la física de partículas, relacionadas tanto con los conocimientos teóricos como con los aplicados. La cromodinámica cuántica (QCD) es una LGT que describe la física de las interacciones fuertes entre quarks mediadas por gluones. Las LGT también son importantes para el ferromagnetismo cuántico, la superconductividad y la computación cuántica.

La mayoría de las aplicaciones de LGT dependen de simulaciones de Monte Carlo que conllevan varias limitaciones importantes, incluida la dificultad para describir el entrelazamiento cuántico (que esencialmente es la interdependencia entre los estados cuánticos de dos o más objetos) y para realizar evoluciones en el tiempo. Para superar estas limitaciones, el proyecto financiado con fondos europeos 'Entanglement renormalization and gauge symmetry' (ENGAGES) aplicó la renormalización del entrelazamiento (ER) a la formulación de las LGT. ER es un enfoque para reducir la cantidad de entrelazamiento en un bloque de puntos reticulares con el fin de simplificar la conectividad del retículo.

En el contexto del proyecto se desarrollaron dos nuevas LGT, que sientan las bases de futuros estudios experimentales y numéricos de las propiedades de estado fundamental y la dinámica fuera del equilibrio de periodo breve, que anteriormente no podían estudiarse mediante simulaciones de Monte Carlo. En dos años, los resultados se han publicado en once artículos científicos. Dichos resultados se incluirán en un conjunto de herramientas LGT que se está desarrollando en estos momentos.

ENGAGES ha ampliado las técnicas matemáticas disponibles para describir e investigar la dinámica de las partículas elementales, con dos nuevas LGT que emplean la ER. Disponer de unas mejores descripciones del entrelazamiento cuántico y las evoluciones en tiempo real repercute directamente sobre la computación cuántica, la espintrónica e incluso la astrofísica de las estrellas compactas. La aplicación de estas técnicas promete generar un aluvión de innovaciones tanto en el campo experimental como en el teórico.

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