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Partículas fundamentales y el «pegamento» que las mantiene unidas

Investigadores financiados por la Unión Europea han desarrollado nuevos algoritmos numéricos para investigar el comportamiento de los quarks ligeros, una de las doce partículas fundamentales de la materia, y su comportamiento regido por la interacción nuclear fuerte, una de las cuatro fuerzas fundamentales del universo.

Energía

El núcleo de un átomo está formado por protones de carga positiva y neutrones sin carga. Las cargas positivas se repelen, por lo que es necesaria una teoría que explique por qué el núcleo no se desintegra sino que permanece unido. Para comprender lo que ocurre dentro del núcleo, hay que profundizar un poco más en la evolución de la física de partículas a partir del Modelo Estándar y prestar especial atención a los quarks. De acuerdo con el Modelo Estándar de la física de partículas, el universo está definido por doce partículas elementales de materia (fermiones) regidas por cuatro partículas portadoras de fuerzas (bosones, incluido el famoso bosón de Higgs). Los quarks son una subfamilia de fermiones con seis miembros. Solo existen en grupos denominados hadrones, nunca individualmente, y la interacción nuclear fuerte que los mantiene unidos es transmitida por un bosón denominado apropiadamente gluón (del inglés «glue», pegamento), debido a que mantiene fuertemente unidos a los quarks. La cromodinámica cuántica (QCD) es el campo de la física teórica que estudia las interacciones entre quarks y gluones que generan algunos hadrones como el protón y el neutrón. Los hadrones se presentan en formas ligeras y de peso medio. Los investigadores europeos iniciaron el proyecto LATQCD-CHIPT («Estudio de la teoría de perturbaciones quirales a partir de simulaciones realistas de QCD de redes de dos sabores») para desarrollar simulaciones numéricas que describieran el comportamiento de los hadrones ligeros. Los investigadores se centraron en el problema de la ergodicidad, un atributo de los sistemas dinámicos aleatorios o estocásticos que hace que los sistemas «olviden» su estado inicial y se repitan casi todas las secuencias durante un intervalo de tiempo muy largo. Los científicos desarrollaron un nuevo algoritmo de simulación del comportamiento de los quarks ligeros, caracterizado por fenómenos de inestabilidad y de no ergodicidad. Se prevé que sea posible superar la falta de ergodicidad causada por la aparición de sectores desconectados en el espacio de campo (representado por carga topológica) mediante el estudio de la naturaleza de la transición entre sectores. Además, calcularon con precisión la denominada susceptibilidad topológica, que define sus límites y la universalidad en el límite del continuo. Cada fragmento de información sobre el comportamiento de las partículas fundamentales de materia y portadoras de fuerzas nos acerca más a la comprensión y explicación del universo, lo que han hecho los investigadores financiados por la UE.

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