Cómo un algoritmo matemático podría revelar partículas ocultas del universo

Físicos de New York University y Caltech desarrollaron un método capaz de convertir mediciones ya disponibles en pistas concretas sobre fenómenos nunca detectados y fuerzas desconocidas de la naturaleza

Infobae

Un equipo internacional de físicos presentó un método para detectar partículas ocultas del universo a partir de mediciones ya disponibles en colisionadores, máquinas que aceleran y hacen chocar partículas, una vía que busca identificar leyes nuevas de la física allí donde el Modelo Estándar, la teoría que describe las partículas fundamentales del universo, todavía no ofrece respuestas, informó el portal científico Phys.org. El trabajo establece cómo traducir efectos medibles a baja energía en información sobre fenómenos que ocurren a energías mucho más altas y a distancias extremadamente pequeñas.

El estudio, en Physical Review Letters, parte de un dato práctico: el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), el acelerador de partículas más poderoso del mundo, del laboratorio CERN, en Ginebra, ya mide ciertos indicadores matemáticos que registran cómo las partículas se comportan de maneras ligeramente distintas a lo esperado —lo que los físicos llaman coeficientes de la teoría efectiva de campos— a través de sus mediciones de colisiones de partículas.

Eso significa que el nuevo enfoque puede apoyarse en datos experimentales que ya existen, sin depender de una técnica de observación distinta. Dentro de ese marco, los llamados coeficientes de Wilson funcionan como variables medibles capaces de registrar deformaciones cuánticas de las leyes ya conocidas.

El Gran Colisionador de Hadrones del CERN ya mide indicadores matemáticos que registran desvíos en el comportamiento esperado de las partículas (Maximilien Brice/CERN)

Método transforma efectos en pistas de física avanzada

El problema que intenta resolver este trabajo es antiguo en la física de partículas: las partículas ocultas nacen en colisiones que ocurren a escalas diminutas y luego se desintegran con rapidez, de modo que dejan apenas rastros indirectos. Esa dificultad obliga a los investigadores a reconstruir su posible existencia a partir de señales pequeñas y dispersas.

Grant Remmen, investigador posdoctoral James Arthur en New York University y uno de los autores del estudio, explicó el procedimiento usando una analogía. “Como deducir la forma y el mecanismo de un piano a partir del sonido de sus notas, este avance ofrece los medios para usar mediciones de colisionadores para deducir los detalles de partículas ocultas a altas energías”, señaló.

La analogía resume la lógica del trabajo: los coeficientes de Wilson serían las “notas” observables, mientras que las partículas fundamentales y las interacciones de alta energía equivaldrían a la estructura interna del instrumento. A partir de esas señales accesibles, el algoritmo propone inferir la arquitectura física que no puede observarse de manera directa.

Remmen sostuvo que el avance resuelve “por completo” ese obstáculo de traducción entre observación experimental y predicción teórica. En sus palabras, el trabajo “inventa un nuevo algoritmo matemático” para convertir observaciones experimentales en predicciones sobre partículas nuevas.

El nuevo algoritmo matemático propone reconstruir partículas ocultas a partir de señales indirectas que dejan las colisiones de partículas (Imagen Ilustrativa Infobae)

El objetivo es superar el Modelo Estándar

La investigación fue desarrollada por Remmen junto con Clifford Cheung, profesor de física teórica y director del Leinweber Forum for Theoretical Physics en Caltech, además de otros colaboradores. Su punto de partida es que la física fundamental está determinada por partículas y campos que actúan a las distancias más cortas, es decir, a las energías más altas, mientras que los experimentos suelen medir efectos de mayor alcance y menor energía.

Esa diferencia entre lo que gobierna el universo y lo que los experimentos logran registrar es, precisamente, lo que la nueva herramienta matemática intenta cerrar. El método organiza esas huellas de baja energía para convertirlas en indicios concretos sobre la naturaleza de partículas o fuerzas aún no detectadas.

Según Remmen, los experimentos de física de partículas no siempre operan con energías suficientemente altas ni con escalas espaciales suficientemente cortas como para detectar de manera directa las partículas que buscan los físicos. En esos casos, la física nueva puede aparecer apenas como “indicios” en forma de pequeñas deformaciones del Modelo Estándar.

Encontrar esas partículas es importante porque podría ampliar la comprensión sobre la naturaleza del universo y revelar leyes físicas que el modelo actual, descrito como la “tabla periódica” del universo, todavía no puede explicar. El valor del nuevo enfoque radica en que convierte esas alteraciones diminutas en una ruta matemática para identificar qué clase de partículas escondidas podría haber detrás.