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Svelare i misteri dell'evoluzione del tempo

Le descrizioni matematiche delle interazioni di particelle danno informazioni sulla fisica della materia condensata, il calcolo quantistico e le origini dell'Universo. Due nuove teorie, che superano i limiti di quelle precedenti, dovrebbero spronare la scoperta.
Svelare i misteri dell'evoluzione del tempo
Le teorie di gauge su reticolo (LGT) sono teorie di campo che spiegano le dinamiche delle particelle elementari formulate su un reticolo spazio-tempo nel quale lo spazio-tempo è stato quantizzato in unità separate. Esse hanno avuto un ruolo importante nelle descrizioni che abbracciano molte aree della fisica delle particelle rilevanti sia per la comprensione di base che per le conoscenze applicate. La cromodinamica quantistica (QCD) è una LGT che descrive la fisica delle forti interazioni tra quark mediate da gluoni. Le LGT sono importanti anche per il ferromagnetismo quantistico, la superconduttività e il calcolo quantistico.

La maggior parte delle implementazioni delle LGT si basano su simulazioni di Monte Carlo che hanno diverse importanti limitazioni, come la difficoltà di descrivere l'entanglement quantistico (sostanzialmente un'interdipendenza degli stati quantistici di due o più oggetti) e l'effettuazione di evoluzioni di tempo. Il progetto 'Entanglement renormalization and gauge symmetry' (ENGAGES), finanziato dall'UE, ha superato queste limitazioni applicando la rinormalizzaziozne di entanglement (ER) alla formulazione di LGT. L'ER è un metodo per ridurre la quantità di entanglement di un blocco di punti del reticolo per semplificare la connettività del reticolo.

Due nuove LGT sviluppate nell'ambito del contesto del progetto pongono le basi per studi sperimentali e numerici di proprietà dello stato fondamentale e dinamiche fuori equilibrio di breve durata che erano in precedenza inaccessibili con le simulazioni di Monte Carlo. I risultati sono stati pubblicati in 11 articoli scientifici in due anni e saranno inclusi in un toolbox di LGT attualmente in fase di sviluppo.

ENGAGES ha ampliato le tecniche matematiche disponibili per descrivere e studiare le dinamiche delle particelle elementari con due nuove LGT che usano l'ER. Migliori descrizioni dell'entanglement quantistico e delle evoluzioni del tempo reale hanno un impatto diretto sul calcolo quantistico, la spintronica e persino l'astrofisica delle stelle compatte. L'applicazione di queste tecniche promette un turbinio di innovazione sia nel campo sperimentale che in quello tecnico.

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