Estructura de hadrones y acoplamiento fuerte
El modelo estándar actual de física de partículas afirma que existen doce partículas elementales de la materia, el bosón de Higgs y cuatro partículas portadoras de fuerza. Los hadrones, como los protones y neutrones, no son partículas elementales, pero conforman las partículas elementales de la materia llamadas quarks. Los quarks están unidos por gluones, partículas elementales de fuerza que median en la interacción fuerte que, entre otras cosas, es responsable de mantener los protones, con cargas iguales, unidos en el núcleo. Los científicos utilizaron simulaciones de Monte Carlo para desvelar la estructura de los hadrones y proporcionar mediciones precisas de la constante de acoplamiento fuerte gracias a la financiación de la Unión Europea para el proyecto «Precision lattice QCD calculations» (PRECISION LATTICEQCD). Las simulaciones de Monte Carlo, solo posibles desde la llegada de los superordenadores, se basan en el muestreo aleatorio de forma repetida. Resuelven estocásticamente las integrales sobre caminos de QCD utilizando muchos conjuntos de entrada distintos de números aleatorios (por lo general, más de diez mil). Las simulaciones de Monte Carlo han sido muy importantes para proporcionar estimaciones de cantidades inaccesibles, o difíciles de medir experimentalmente, y el campo de la cromodinámica cuántica (QCD) no es una excepción. Como parte de un modelo estándar, la QCD es la teoría de la interacción fuerte entre quarks y gluones. A energías elevadas, la QCD se puede tratar mediante perturbaciones. No obstante, fuera de este ámbito, la QCD se complica mucho y las predicciones resultan difíciles. Aquí entra en juego la QCD de red «digitalizada», en la cual existen puntos discretos en el espacio-tiempo euclídeo (la red). No se realizan asunciones ni ninguna aproximación y se pueden usar simulaciones potentes y bien establecidas de Monte Carlo. Empleando grandes cantidades de tiempo en distintos sistemas de supercomputadores paralelos, el equipo del proyecto asimiló una cantidad inmensa de datos de redes para determinar funciones de estructura hadrónicas y la constante de acoplamiento fuerte. Se introdujo un nuevo método para tratar ciertos artefactos (artefactos de redes hipercúbicas) inherentes a muchos de estos y otros observables de red que contribuirán a que futuros análisis y conclusiones sean menos inciertos y más precisos. Los resultados afectarán a muchos problemas físicos en física de partículas elementales. Podrían ayudar a potenciar el estudio de la física más allá del modelo estándar y, sin duda, servirán como apoyo a nuevos experimentos para ir más allá de lo físicamente medible y físicamente posible.
Palabras clave
Estructura de hadrones, acoplamiento fuerte, QCD de red, simulaciones de Monte Carlo, cromodinámica cuántica
