Un equipo internacional liderado por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, UV-CSIC) ha desarrollado un algoritmo que permite predecir con mayor precisión el comportamiento de las partículas elementales en aceleradores como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. Basado en las fluctuaciones del vacío cuántico, el método se ha probado por primera vez para predecir el comportamiento del bosón de Higgs en un ordenador cuántico con un nivel de detalle sin precedentes en este tipo de máquinas.
El vacío en Física cuántica es un concepto tan fascinante como desconcertante ya que lejos de ser un espacio desprovisto de todo contenido, representa un escenario dinámico donde partículas y antipartículas surgen y se aniquilan de manera constante, guiadas por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Estas fluctuaciones del vacío cuántico, aunque breves, dejan una huella indeleble que permite mejorar significativamente las predicciones teóricas sobre el comportamiento de las partículas subatómicas, algo fundamental para interpretar los datos en experimentos como el LHC.
Tradicionalmente, los modelos teóricos que predicen este comportamiento se han basado en los diagramas del premio Nobel Richard Feynman, que rápidamente dan lugar a complicados cálculos teóricos difíciles de resolver.
El trabajo que acaba de presentar un equipo científico internacional, liderado por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, UV-CSIC), propone un enfoque innovador que proporciona representaciones matemáticas más precisas de los procesos físicos reales. La ausencia de infinitos, junto con la naturaleza cuántica intrínseca de la física de partículas, ha permitido al equipo científico implementar con éxito su nuevo algoritmo en un ordenador cuántico.
“Cuando un formalismo matemático conduce a complicaciones innecesarias, suele ser una señal de que existe un modo más elegante y directo para obtener el resultado” explica Germán Rodrigo, investigador principal del grupo LHCPHENO en el IFIC y líder de este estudio. “El método que hemos desarrollado incorpora de forma manifiesta el principio físico fundamental de causalidad, o causa-efecto. Además de posibilitar predicciones teóricas más avanzadas, ofrece una nueva perspectiva para entender las enigmáticas propiedades cuánticas del vacío”, asegura el físico teórico del CSIC en el IFIC.
Este método, publicado en la revista científica Physical Review Letters, se ha implementado por primera vez en un ordenador cuántico, un avance recogido en otro artículo publicado en la revista Quantum Science and Technology.
Aplicaciones en computación cuántica
Este hito ha facilitado la predicción, por primera vez en este tipo de plataformas, de la tasa de desintegración del bosón de Higgs, la partícula elemental responsable de la masa en el universo. Lograr este resultado en un ordenador cuántico, además de validar su capacidad para abordar problemas avanzados de física teórica, abre nuevas posibilidades para el uso de la computación cuántica en simulaciones de partículas elementales y otras aplicaciones en física de altas energías.
Jorge Martínez de Lejarza, doctorando en el IFIC y uno de los autores del último trabajo, apunta: “Los ordenadores cuánticos prometen revolucionar la computación en el siglo XXI, superando a los ordenadores clásicos en la resolución de ciertos problemas concretos. En física de partículas nos enfrentamos a algunos de los mayores desafíos en la ciencia y, en ese sentido, nuestra misión es reformularlos para permitir su ejecución en ordenadores cuánticos, contribuyendo así a avanzar en una mejor comprensión del universo”.
Este avance abre nuevas oportunidades para el desarrollo de aplicaciones en computación cuántica y representa un paso significativo en la exploración de las fronteras de la física de partículas. Los dos trabajos se han realizado en colaboración con personal investigador de la Universidad de Salamanca, la Universidad Autónoma de Sinaloa (México) y la Iniciativa en Tecnologías Cuánticas del CERN.
Referencias:
S. Ramírez-Uribe, P.K. Dhani, G.F.R. Sborlini and G. Rodrigo, Rewording Theoretical Predictions at Colliders with Vacuum Amplitudes, Phys. Rev. Lett. 133 (2024) 211901. DOI: https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.133.211901
J.J.Martínez de Lejarza, D.F. Rentería-Estrada, M. Grossi and G. Rodrigo, Quantum integration of decay rates at second order in perturbation theory, Quantum Sci.Technol. 10 (2025) 2, 025026. DOI: https://doi.org/10.1088/2058-9565/ada9c5
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