El pasado polvoriento: la “magia china” en la investigación de la teoría cuántica de campos

Del 10 al 21 de octubre de 2016 se llevó a cabo un taller sobre la amplitud de dispersión en la teoría cuántica de campos en el Instituto Kavli de Física Teórica de la Academia de Ciencias de China, ubicado en el Cuarto Anillo Norte de Beijing. Los organizadores locales de este taller en China son Feng Bo de la Universidad de Zhejiang, He Song y Yang Gang del Instituto de Física Teórica de la Academia de Ciencias.

(Póster del taller/Foto de Wu Junbao)

A primera vista, este informe parecía transcurrir sin incidentes. A excepción de un informe previsto para el 19 de octubre de Nima Arkani-Hamed del Instituto de Estudios Avanzados de Princeton, que puede atraer un poco la atención del público, otras partes parecen estar escondidas en los rincones menos visibles de esta metrópoli de hormigón armado.

Sí, este es un grupo de personas que estudian la "amplitud de dispersión" en la teoría cuántica de campos. Los jóvenes entre ellos pueden ser el epítome de la nueva generación de científicos de China, como Feng Bo, quien una vez colaboró ​​con el físico Papa Witten y otros en un trabajo apasionante: la fórmula de cálculo de amplitud de dispersión BCFW. Personas conocedoras le dijeron al autor que aquí, F es Feng Bo y W es el famoso Witten.

Feng Bo (Fuente: Internet)

Quizás, en la impresión de la gente corriente, la física teórica es demasiado fría. Mucha gente cree erróneamente que el desarrollo de la física teórica en China carece de trabajos de investigación apasionantes y bien conocidos. De hecho, este no es el caso. China ha logrado muchos logros en la investigación de la física teórica. Como se refleja en este taller sobre amplitud de dispersión en teoría cuántica de campos. Este taller refleja la tradición china en la investigación de la teoría cuántica de campos, que Witten y otros alguna vez llamaron "magia china".

No es fácil para el público en general en China entender esta "magia" con características chinas. Después de muchas idas y vueltas, el profesor Qiao Congfeng de la Universidad de la Academia de Ciencias de China le reveló al autor que el trabajo principal de lo que Witten y otros llaman "Magia China" está relacionado con el trabajo de maestros como Xu Zhan, Zhang Dahua, y Zhang Li. Después de decir esto, el profesor Qiao sugirió que el autor se pusiera en contacto con estos profesores para realizar entrevistas. Después de varios esfuerzos, el autor decidió escribir este artículo yo mismo.

El profesor Zhang Hongbao del Departamento de Física de la Universidad Normal de Beijing le dijo al autor que la idea central de la "magia china" radica en el "spinor". El maestro Zhang también señaló: "Lo que usted conoce son los tornillos y los giros de Penrose".

De esta manera, las cosas pueden comenzar después de la Revolución Cultural, cuando sucedieron las cosas "Primavera de la ciencia". Muchas personas regresaron a puestos de investigación. El maestro Xu Zhan también regresó a la Universidad de Tsinghua desde una escuela secundaria en Leshan, Sichuan, para dedicarse a la enseñanza y la investigación. También ocurrió un acontecimiento importante en el círculo académico internacional: en 1979, Qiu Chengtong y Richard Sun demostraron el teorema de masa positiva de la relatividad general. En ese momento, el Instituto de Física Teórica de la Academia de Ciencias invitó a Qiu Chengtong a informar sobre este importante progreso.

Lu Qikeng, del Instituto de Matemáticas de la Academia de Ciencias, estudió una vez la teoría de la relatividad con el físico teórico Guo Hanying y otros durante la Revolución Cultural. También fue a escuchar el informe de Qiu Chengtong. Después de escuchar el informe de Qiu Chengtong sobre la teoría de la relatividad, como matemático aplicado, Lu Qikeng utilizó el análisis de espinor para abordar la estructura matemática de las ondas gravitacionales. Desde la perspectiva del análisis de espinor, las ondas gravitacionales pueden verse como fluctuaciones en la curvatura de Weyl en el espacio y el tiempo y, debido a la naturaleza antisimétrica de la curvatura de Weyl, siempre se pueden escribir en una forma de espinor muy clara. Las ecuaciones del movimiento de las ondas gravitacionales se estudiaron mediante el análisis de espinores. Este método de investigación fue anterior a resultados similares en el libro "Spinors and Space-Time", del que fue coautor Penrose, publicado en 1987.

Más tarde, apareció el americano Witten y volvió a demostrar la conjetura de la masa positiva mediante el método de espinor.

Por tanto, se puede ver que en este momento el lenguaje espinor también se ha convertido en un lenguaje básico para comprender la física teórica en los círculos académicos chinos. Los chinos no están en absoluto atrasados.

Xu Zhan (Fuente: Internet)

Casi en el mismo período, a mediados de la década de 1980, Xu Zhan estaba trabajando en la complejidad computacional de las amplitudes de dispersión en campos de calibre no abelianos. El profesor Zhang Dahua, Zhang Li y otros pensaron en utilizar espinores para abordar el problema de la amplitud de dispersión en la teoría cuántica de campos. Propusieron el método de "cálculo de espinores", que sus colegas internacionales denominan "magia china".

Aquí me gustaría presentar brevemente al Sr. Zhang Dahua, investigador del Instituto de Física de Altas Energías de la Academia de Ciencias de China. Su abuelo Zhang Lan era el anciano de barba blanca que estaba junto al presidente Mao en la ceremonia de fundación de la República Popular China (el fundador de la Alianza Democrática y mentor de Zhu De y Luo Ruiqing). Por lo tanto, el profesor Zhang Dahua y el profesor Guo Hanying pertenecen a familias famosas y ambos son físicos. Es posible que hablen de "espinores" cuando conversan.

Zhang Li es profesor en la Universidad de Tsinghua y una vez tradujo "Terrible Simetría" de Xu Yihong. (Este libro es publicado por Tsinghua University Press y pertenece a la serie "Understanding Science". El autor de este artículo también tiene un libro de divulgación científica "Sunrise" incluido en esta serie).

Entonces, habiendo dicho Entonces, ¿por qué el espinor? ¿Se pueden manejar amplitudes de dispersión? Esta es la mejor parte de la "Magia China".

Resulta que la "Magia China" sólo trata con partículas sin masa. Si miras una partícula sin masa en el espacio y el tiempo, su línea mundial es como la luz. Según la descripción del espinor, un vector similar a la luz siempre puede tomar el signo de la raíz para obtener un espinor. Por lo tanto, si considera la dispersión entre partículas sin masa (como fotones, gravitones, gluones), entonces puede usar espinores para simplificar algunos detalles de cálculo innecesarios (las conclusiones del cálculo no tienen nada que ver con el tipo de interacción, este punto Es muy poderoso) y puede sacar directamente conclusiones muy claras, por lo que este trabajo también se llama "Magia china".

Muchos investigadores activos en el campo de la física de altas energías en China se han dado cuenta de que el 30º aniversario de la publicación de "Chinese Magic" ha tenido un impacto de gran alcance. La "magia china" también puede desempeñar un cierto papel rector en nuestra comprensión de la naturaleza de la gravedad cuántica.

Por lo tanto, si alguien se atreve a decir que los físicos teóricos y de alta energía de China no han producido trabajos originales en los últimos 30 años, entonces puede arrojarle la "Magia China" directamente en la cara...

(El autor de este artículo tiene muy poca comprensión de los detalles del descubrimiento de la "magia china", y este artículo no fue revisado por los científicos que aparecieron en el artículo cuando se publicó)