Un equipo internacional, liderado por el Instituto de Física Corpuscular (IFIC, UV-CSIC), ha logrado un avance significativo en la predicción del comportamiento de las partículas elementales. Este desarrollo se centra en un nuevo algoritmo que mejora la precisión de las simulaciones en aceleradores como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN. La innovación se basa en las fluctuaciones del vacío cuántico y ha sido probada por primera vez para modelar el comportamiento del bosón de Higgs en un ordenador cuántico, alcanzando un nivel de detalle sin precedentes.
El vacío cuántico: un concepto clave
El vacío en la física cuántica es un fenómeno intrigante y complejo. Lejos de ser simplemente un espacio vacío, este concepto describe un entorno dinámico donde partículas y antipartículas aparecen y desaparecen continuamente, guiadas por el principio de incertidumbre de Heisenberg. Estas fluctuaciones, aunque efímeras, tienen un impacto considerable en las predicciones teóricas sobre el comportamiento de las partículas subatómicas, lo que resulta esencial para interpretar los datos obtenidos en experimentos como los realizados en el LHC.
Históricamente, los modelos teóricos que han intentado predecir estos comportamientos se han basado en diagramas desarrollados por Richard Feynman, lo que a menudo conduce a cálculos complejos y difíciles de resolver. Sin embargo, el nuevo enfoque presentado por el equipo del IFIC propone representaciones matemáticas más precisas que eliminan la necesidad de infinitos y aprovechan la naturaleza cuántica inherente a la física de partículas.
Innovación matemática y su implementación
“Cuando un formalismo matemático genera complicaciones innecesarias, es una señal clara de que existe una manera más elegante y directa para alcanzar el resultado”, afirma Germán Rodrigo, investigador principal del grupo LHCPHENO en el IFIC y líder del estudio. “El método que hemos desarrollado incorpora claramente el principio fundamental físico de causalidad. Además de permitir predicciones teóricas más avanzadas, ofrece una nueva perspectiva sobre las propiedades cuánticas del vacío”, añade Rodrigo.
Este innovador método ha sido publicado en la revista científica Physical Review Letters, marcando su primera implementación exitosa en un ordenador cuántico. Este hito también se documenta en otro artículo publicado en Quantum Science and Technology.
Nuevas posibilidades para la computación cuántica
El logro permite predecir, por primera vez utilizando plataformas cuánticas, la tasa de desintegración del bosón de Higgs, una partícula elemental crucial para entender la masa del universo. Alcanzar este resultado no solo valida la capacidad de los ordenadores cuánticos para abordar problemas complejos en física teórica, sino que también abre nuevas vías para su uso en simulaciones relacionadas con partículas elementales y otras aplicaciones dentro del ámbito de la física de altas energías.
Jorge Martínez de Lejarza, doctorando en el IFIC y coautor del estudio, destaca: “Los ordenadores cuánticos prometen revolucionar la computación durante este siglo XXI al superar a sus homólogos clásicos en ciertos problemas específicos. En física de partículas enfrentamos algunos desafíos científicos significativos; nuestra misión es reformular estos problemas para facilitar su resolución mediante ordenadores cuánticos, contribuyendo así a una mejor comprensión del universo”.
Colaboraciones y futuro prometedor
Este avance representa una oportunidad significativa para desarrollar aplicaciones dentro del campo de la computación cuántica y marca un paso importante hacia la exploración de nuevos horizontes en la física de partículas. Los trabajos fueron realizados junto a investigadores 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
Preguntas sobre la noticia
¿Qué algoritmo ha desarrollado el equipo internacional liderado por el Instituto de Física Corpuscular?
El equipo 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.
¿En qué se basa el nuevo método propuesto por los investigadores?
El método se basa en las fluctuaciones del vacío cuántico, lo que permite mejorar significativamente las predicciones teóricas sobre el comportamiento de las partículas subatómicas.
¿Cuál es la importancia del vacío en la física cuántica según la noticia?
El vacío en física cuántica no es un espacio vacío, sino un escenario dinámico donde partículas y antipartículas surgen y se aniquilan constantemente, lo que influye en las predicciones sobre partículas subatómicas.
¿Qué resultados se han logrado al implementar este nuevo método en ordenadores cuánticos?
Se ha logrado predecir, por primera vez, la tasa de desintegración del bosón de Higgs utilizando un ordenador cuántico, validando así su capacidad para abordar problemas avanzados de física teórica.
¿Qué aplicaciones futuras se mencionan para la computación cuántica en relación con este avance?
Este avance abre nuevas posibilidades para el uso de la computación cuántica en simulaciones de partículas elementales y otras aplicaciones en física de altas energías.
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