Resumen de la conferencia Quark Confinement and the Hadron Spectrum

09/09/2016 2 comentarios
Menear

A finales de agosto tuvo lugar en la ciudad griega de Tesalónica la XII sesión de la conferencia Quark Confinement and the Hadron Spectrum, donde unos 400 físicos nos reunimos para debatir sobre las interacciones nucleares fuertes.

El verano es una época en la que la mayoría de los investigadores científicos acudimos a diferentes conferencias y congresos sobre nuestra especialidad, teniendo así la oportunidad de intercambiar impresiones con otros colegas, de dar a conocer nuestro trabajo, y de analizar colectivamente diferentes cuestiones relevantes a nuestra área concreta de investigación.

Este verano he participado en un par de congresos. Hoy quiero aquí dar mis impresiones sobre la sesión duodécima del congreso Quark Confinement and the Hadron Spectrum, que tuvo lugar en la ciudad griega de Tesalónica del 28 de agosto al 4 de septiembre de este año. Impulsado principalmente por la física italiana Nora Brambilla, catedrática de física teórica en la Technische Universität München, este congreso tiene una periodicidad bianual, y está focalizado en recoger los últimos progresos de la investigación sobre diferentes aspectos de las llamadas interacciones nucleares fuertes, descritas por la llamada Cromodinámica Cuántica o QCD. En esta sesión, cuya principal responsable fue la física griega Yiota Foka, hasta unos 400 físicos de diferentes nacionalidades, mayoritariamente teóricos pero también experimentales, estuvimos debatiendo en Tesalónica, en un programa muy denso e intenso.

 Conferencia

Es imposible resumir de forma fidedigna un congreso con tantos participantes, y con muchas charlas diversas. Intentaré exponer aquí una visión sesgada, desde mi perspectiva, sobre algunas de las temáticas sobre las que se discutieron en el congreso. Con ello pretendo exponer algunos de los temas más candentes en esta área de investigación. Creo que éstos dan fe de que la física de partículas es un área muy activa, y con importantes desafíos y enigmas que resolver.

La Cromodinámica Cuántica es una teoría muy compleja desde el punto de visto matemático, y sólo permite soluciones analíticas y sencillas en circunstancias muy concretas. Se han inventado técnicas que se basan en simular las ecuaciones de QCD en un retículo, usando ordenadores, dando así soluciones numéricas a estas ecuaciones. Estas técnicas son muy potentes, sin embargo tienen sus limitaciones. Buena parte del congreso se dedicó a repasar resultados de cálculos realizados en el retículo, y cómo poder superar las situaciones en las que estos métodos aún no resultan viables.

Hay situaciones que involucran las interacciones nucleares fuertes que se pueden describir con las llamadas teorías efectivas, esto es, modelos más sencillos que QCD, y que se derivan para describir una clase de procesos determinados, que ocurren a una escala de energía concreta. Buena parte del congreso se dedicó a discutir varios tipos de teorías efectivas, y su éxito en describir correctamente resultados experimentales diversos.

Un gran reto de la física teórica es entender la propiedad del confinamiento de los quarks desde la Cromodinámica Cuántica, o sea, el hecho por el cual en la naturaleza los quarks nunca se encuentran aislados, sino “confinados” y en conjunción con otros quarks, formando así los llamados hadrones. Aunque usando las técnicas numéricas que describí se puede reproducir el confinamiento, aún no está claro cuál es el mecanismo que explica su origen. Varias charlas fueron dedicadas a repasar los modelos teóricos que pueden proporcionar esa explicación, aunque una demostración clara no existe, y la comunidad teórica aún no ha llegado a un consenso sobre este aspecto.

Tradicionalmente se ha clasificado a los hadrones (partículas subatómicas que experimentan las interacciones fuertes) en dos clases: los bariones, formados por tres quarks, y los mesones, formados por un quark y un antiquark. Varias charlas del congreso se dedicaron a hablar sobre los llamados estados hadrónicos exóticos, esto es, formados por más de cuatro quarks. Aunque la existencia de estos estados exóticos se había discutido ya en el pasado, varios aceleradores de partículas han podido finalmente confirmar su existencia (véase, por ejemplo, uno de los últimos comunicados de LHCb). En el congreso se repasaron los resultados experimentales, y se discutió sobre teorías efectivas que describen la física asociada a estos estados.

En el congreso se discutió también sobre la posibilidad de que el estudio de procesos que involucren a la Cromodinámica Cuántica puedan darnos pistas sobre interacciones y partículas elementales nuevas, más allá del llamado modelo estándar de la física de partículas (esto es, del marco teórico que además de QCD incluye las interacciones electrodébiles). Existen varios argumentos teóricos por los cuales se cree que tiene que haber nueva física. Quizás el más convincente sea el de la existencia de la materia oscura que delatan, por ejemplo, los perfiles de rotación de las galaxias en función de su distancia al centro. El modelo estándar de cosmología predice que aproximadamente una cuarta parte de la masa y energía del universo observable corresponde a materia oscura, esto es, materia que básicamente solo interactúa gravitatoriamente con el resto de la materia visible y conocida, y no lo hace a través de interacciones electromagnéticas. Se discutieron en la conferencia así varios procesos que pudieran delatar esta nueva física. Entre ellos están las llamadas anomalías de sabor. Existen varios procesos en los que un llamado mesón B (formado por un quark bottom) decae, y las primeras comparaciones entre los estudios teóricos y los resultados experimentales de diferentes colaboraciones discrepan. Es aún pronto para clamar que la diferencia es debida a nueva física, y son necesarios más datos experimentales, y ahondar en los estudios teóricos antes de poder llegar a conclusiones firmes, pero de momento todos los datos experimentales que han sido recabados por colaboraciones experimentales diferentes parecen apuntar en la misma dirección. En un futuro próximo sabremos si esto es así, y si es necesario añadir nuevas partículas e interacciones al modelo estándar.

También buena parte del congreso estuvo dedica a las fases deconfinadas de la Cromodinámica Cuántica. A temperaturas o densidades, o ambas, muy altas los quarks se liberan, y pasan a estar deconfinados. Esta fase es relevante para entender los primeros estadios de la materia después de la gran explosión (big bang), y se está estudiando con los llamados Little Bangs, de los que he hablado en este blog en otras ocasiones. Estos procesos se estudian con las colisiones ultrarrelativistas de iones pesados. Un repaso a los diferentes resultados experimentales de estos procesos (incluido el jet quenching, del que ya hablé aquí) e intentar hallar una descripción teórica del proceso de formación y posterior evolución del llamado plasma de quarks y gluones. Estas cuestiones no las pueden responder los cálculos en el retículo que describen correctamente otras propiedades de la QCD. Por otra parte entender el régimen de QCD a densidades muy altas y temperaturas bajas es necesario para desentrañar el misterio del interior de las estrellas de neutrones.

Otras charlas menos convencionales fueron las que indicaron que se espera que con el estudio de sistemas muy diferentes (por ejemplo, el de átomos fríos) varias propiedades de QCD, y que es necesario un diálogo con físicos de otras disciplinas, como la física de la materia condensada, para seguir en la batalla de desgranar todos los misterios de esta bella y compleja teoría. Alguna charla se dedicó a repasar cómo los observatorios de ondas gravitatorias como LIGO puedan dar información sobre QCD (en otro post me centraré en estas cuestiones).

Me dejo en el tintero muchas otros temas interesantes que se abordaron en un congreso dinámico e intenso, y que nos deja entrever que hay muchas cuestiones aún por entender de las interacciones fuertes.