Sebastian Deffner en UMBC y Anthony Bartolotta en Caltech han desarrollado las primeras técnicas para describir la termodinámica de sistemas muy pequeños con muy alta energía, como el universo al comienzo del Big Bang, que podría conducir a una mejor comprensión deEl nacimiento del universo y otros fenómenos cosmológicos.
Hasta la fecha, los físicos teóricos han desarrollado teorías que explican cómo funcionan las partes del universo: mecánica clásica para objetos a tamaños y velocidades cotidianas, mecánica cuántica para objetos muy pequeños a velocidades cotidianas, relatividad especial para cosas que se acercan a la velocidad de la luz.Pero ninguna teoría ha logrado explicar el comportamiento de los objetos muy pequeños que también tienen una energía muy alta, y "este caso final es muy importante si quieres entender de dónde viene el universo", dice Deffner.
Las teorías actuales suponen que los sistemas son al menos localmente estables, lo que no es válido para algunos de los casos más interesantes, desde el Big Bang hasta los agujeros negros. "Si queremos entender todos estos modelos cosmológicos", dice Deffner, "y queremos entender la termodinámica del universo, en realidad no tenemos medios para hacerlo ". Eso puede estar a punto de cambiar".
nuevo papel de Deffner y Bartolotta Revisión física X se basa en una explosión de investigación en el campo de la termodinámica estocástica cuántica en la última década. Este campo describe las leyes de la termodinámica, uno de los pilares fundamentales de la física, a nivel microscópico por primera vez.tiene en cuenta cómo el entorno inmediato afecta a los sistemas pequeños de una manera que difiere de cómo el entorno afecta a los sistemas más grandes. El trabajo de Deffner y Bartolotta extiende este campo aún más para examinar sistemas pequeños a energías muy altas que están cambiando rápidamente.
Esa extensión "es un territorio realmente inexplorado ... una idea completamente nueva", dice Deffner. "Y la razón por la que nadie lo ha hecho antes es porque la termodinámica estocástica tiene solo 20 años. La termodinámica estocástica cuántica tiene solo 10 años".Como campo, acabamos de aprender a pararnos. Ni siquiera sabemos cómo caminar ".
El trabajo es pionero, pero encaja en un ecosistema más amplio de teorías físicas existentes. Por ejemplo, "las teorías de campo cuántico son la forma más general de atacar un problema físico", más amplio que la relatividad especial o la mecánica cuántica, explica Bartolotta. Ély Deffner eligió probar, usando nuevas ecuaciones que desarrollaron, si una teoría específica de campo cuántico era cierta en el raro caso de un sistema de tamaño extremadamente pequeño y energía extremadamente alta, y lo hizo.
Además, descubrieron que en su sistema modelo con alta energía y a pequeña escala, era mucho más probable que el sistema devolviera múltiples partículas al enviar solo una, que salir con la partícula inicial y nada más, que eraUna gran sorpresa: es posible que a altas energías, como las generadas en el Gran Colisionador de Hadrones en Suiza, termine con un número diferente de partículas con las que comenzó, porque la famosa ecuación e = mc2 permite que se cree masa a partir de energíacuando la energía es extremadamente grande. Aun así, encontrar el resultado de múltiples partículas con tanta frecuencia fue impactante.
La matemática para calcular todo fue "increíblemente difícil", reflexiona Deffner, pero el resultado final, que implicó encontrar una manera de calcular un número infinito de posibilidades, "en realidad fue bastante hermoso", dice Bartolotta. Él comparte: "Nuestrola esperanza es que este documento ahora abra las puertas a otras personas en otros campos que antes no podían usar estas técnicas para usarlas ahora "
El objetivo general de la investigación de Deffner es ampliar los usos del marco de la termodinámica, "hasta que encontremos cosas interesantes que nadie haya visto antes", y su último artículo se ajusta a ese proyecto de ley.
"Todavía estoy totalmente impresionado por el resultado", dice Deffner, pero también está contemplando posibilidades para futuras direcciones de investigación. Cuando se trata de desenredar los misterios del universo primitivo, señala: "Hay muchas cosas que nosotrostiene que hacer lo siguiente "
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Materiales proporcionado por Universidad de Maryland, condado de Baltimore . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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