Texto publicado por SUEÑOS;

Fisica,

Física.
Supercomputadoras IBM Blue Gene resuelven un enigma de la física pendiente
desde medio siglo atrás.

Casi 50 años ha permanecido sin solución una importante cuestión de la
física: ¿Por qué el universo está hecho de materia? Se supone que en el Big
Bang, la explosión colosal con la que se formó el universo, se generaron
cantidades iguales de materia y antimateria. Sin embargo, sin nada que
hubiera inclinado la balanza a favor de la materia, ésta y la antimateria se
habrían aniquilado entre sí, sin dejar nada de ellas. En vez de eso, el Big
Bang condujo a un universo observable hecho principalmente de materia, con
escasas y fugaces apariciones de partículas de antimateria. ¿Por qué?

Una posible explicación es un fenómeno subatómico que ejerce ese papel de
balanza inclinada a favor de la materia, y del que se detectaron las
primeras evidencias en 1964. Lo que se observó fue la desintegración de una
partícula subatómica conocida como kaón, dando lugar a dos partículas
llamadas piones. Los kaones y los piones (como muchas otras partículas)
están compuestos de quarks. Comprender la desintegración del kaón por medio
de su composición en quarks ha representado un difícil problema para la
física teórica. Eso ha dificultado el desarrollo, y sobre todo la
validación, de una teoría para explicar este proceso, o en otras palabras,
la búsqueda de una descripción matemática que se pueda usar para calcular
con qué frecuencia ocurre este fenómeno, así como para estimar hasta qué
punto el fenómeno habría podido inclinar la balanza a favor de la materia en
el universo temprano, explicando así quizás el desequilibrio que existe
entre la materia y la antimateria en el universo.

Las supercomputadoras empleadas para los cálculos de desintegración del kaón
han sido de la célebre familia Blue Gene de IBM. (Foto: Laboratorio Nacional
de Brookhaven)

Las ecuaciones matemáticas de la teoría que describe cómo los quarks y los
gluones interactúan tienen una multitud de variables y de posibles valores
para esas variables. Era inviable para la mente humana realizar esta
cantidad ingente de cálculos. Ni una legión de científicos humanos lo habría
conseguido. Por lo que no quedó más remedio que esperar a que el desarrollo
de las supercomputadoras alcanzase el nivel de potencia suficiente y que
entonces los científicos retomaran esa colosal tarea matemática. Unos
físicos diseñaron los complejos algoritmos necesarios y escribieron el
software que algunas de las supercomputadoras más potentes del mundo han
usado ahora para describir la conducta de los quarks y resolver el problema.

En el software de los físicos, las partículas se colocan en una retícula de
espacio-tiempo cuatridimensional imaginaria que consiste en las tres
dimensiones espaciales más una para el tiempo. A un extremo del eje o
dimensión que corresponde al tiempo se coloca el kaón, formado por dos tipos
de quarks: un quark Strange y un quark Anti-Down, unidos gracias a la acción
de los gluones. En el extremo contrario, los científicos colocaron los
productos finales, lo que se traduce en los cuatro quarks que constituyen
los dos piones. Entonces la supercomputadora calcula cómo el kaón se
transforma en los dos piones a medida que avanza a través del
espacio-tiempo.

Las supercomputadoras introdujeron decenas de miles de millones de números
en la ecuación que describe esta parte del proceso para encontrar el
resultado que debería reproducir los patrones de comportamiento y
frecuencias observadas de la partícula en desintegración durante los
experimentos.

El equipo de científicos que ha trabajado estrechamente con las
supercomputadoras incluye a Taku Izubuchi, Christoph Lehner, Amarjit Soni,
Christopher Kelly, Chulwoo Jung, Eigo Shintani, Hyung-Jin Kim, Ethan Neil,
Taichi Kawanai y Tomomi Ishikawa.

Las supercomputadoras a las que se recurrió fueron de la célebre familia
Blue Gene de IBM, alojadas en varias instituciones, entre ellas el
Laboratorio Nacional de Brookhaven, en Upton, Nueva York, y el Laboratorio
Nacional de Argonne en Illinois, ambos centros en Estados Unidos.