Las Amplitudes de Dispersión Ayudan a los Físicos a Investigar el Comportamiento de las Ondas Sonoras a Través de los Sólidos

^{Crédito: Grant Remmen}

^{Por: Amal Pushp, Físico Afiliado de Resonance Science Foundation}

Las amplitudes de dispersión son un concepto de la teoría cuántica de campos que permite el cálculo y la representación de varios procesos de dispersión implicados en la física de partículas. Se trata básicamente de una amplitud de probabilidad, un concepto totalmente matemático, que ayuda a la descripción de las partículas elementales y sus sistemas físicos asociados. Esta técnica altamente rigurosa se está utilizando como herramienta de investigación en varios subcampos de la física teórica como la teoría de Yang-Mills, la teoría de Chern-Simons, la supergravedad (SUGRA), etc.

Convencionalmente, estos cálculos se han sondeado utilizando diagramas de Feynman, sin embargo, su rango de aplicabilidad es limitado y es ahí donde entran en juego las amplitudes de dispersión, que expresan su papel primordial. Por ejemplo, para describir las interacciones de las partículas fundamentales, habría que introducir manualmente miles de diagramas de Feynman en el computador, lo que convertiría el cálculo en una tarea engorrosa. Al mismo tiempo, el uso de amplitudes de dispersión podría reducir la complejidad y, además, aumentar la eficiencia de los cálculos.

^{Se producen dos ondas sonoras (1 y 2) que se dispersan en otras dos ondas sonoras (3 y 4), que se detectan. La probabilidad de este proceso se describe mediante una amplitud de dispersión de 4 puntos. Crédito: Angelo Esposito}

Intuitivamente, las ondas sonoras podrían ofrecer una visión renovada del comportamiento de estas amplitudes de probabilidad. Esto se debe probablemente al hecho de que las ondas sonoras pueden mostrar un comportamiento cuantizado en forma de fonones y pueden utilizarse para modelar el funcionamiento de las amplitudes de dispersión. Utilizando lo mismo, un equipo de físicos ha explorado recientemente la interacción de las ondas sonoras a través de los sólidos y ha descubierto una nueva propiedad de las amplitudes de dispersión que se publicó en Physical Review Letters [1].

Ya se ha establecido en la literatura científica que las amplitudes de dispersión escalan con potencias enteras del momento cuando este último aspecto de una de las partículas dispersadas en estudio tiende a cero. Sin embargo, los investigadores encontraron que en lugar de potencias integrales, la amplitud es proporcional a una potencia fraccionaria. Un autor del artículo de la PRL, en relación con este hallazgo dice: "El descubrimiento de la escala de potencia fraccionaria invita a seguir trabajando en las amplitudes de dispersión de las oscilaciones colectivas de la materia, poniendo a los sólidos en el punto de mira".

Bajando a la madriguera, el presente trabajo podría llevarnos a predicciones sin precedentes sobre las interacciones de las partículas elementales y también a mejorar el modelo estándar hasta nuevos niveles de precisión. Los físicos ya están buscando numerosas formas de revisar el modelo estándar para explicar diversos fenómenos que parecen desconcertantes e impenetrables a través de los marcos actuales. En medio de esto, la novedosa realización que trata de la dependencia de la potencia fraccionaria de las amplitudes de dispersión podría ayudar significativamente a la búsqueda general.

Referencias

[1] Tomáš Brauner et al, Fractional Soft Limits of Scattering Amplitudes, Physical Review Letters (2022). DOI: 10.1103/PhysRevLett.128.231601