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Grupo Partículas y Campos

El grupo Partículas y Campos del Centro Atómico Bariloche participa de:

  • Colaboraciones nacionales e internacionales
  • Proyecto Pierre Auger
  • Programa de Diploma Instituto Balseiro
  • Organización de escuelas y simposios nacionales e internacionales
  • Dictado de clases en numerosos cursos para graduados y no graduados: Mecánica clásica, Electromagnetismo, Mecánica cuántica I y II, Matemática I, II y III, Teoría de grupos, Introducción a física de partículas, Teoría cuántica de campos I y II, Física de altas energías, Física más allá del Modelo Estándar, Relatividad General, Gravitación y teoría de campos, Teoría de cuerdas, Grupos cuánticos y sistemas integrables, Variedades diferenciables, Teoría de campos conformes, Física de astropartículas.

Nuestras principales áreas de investigación son:

  • Astropartículas y Cosmología
    • Observatorio Pierre Auger
    • Rayos cósmicos de ultra alta energía
      La investigación en este tema atraviesa un momento muy particular con la puesta en funcionamiento del Observatorio Pierre Auger. Se espera que sus observaciones permitirán aclarar algunos de los enigmas más importantes acerca de los rayos cósmicos ultraenergéticos, como ser de dónde vienen cuál es su composición, dónde fueron acelerados y cómo se propagan por el cosmos.
      El Grupo de Partículas participa activamente en los aspectos experimentales del proyecto Auger contribuyendo a la caracterización, construcción, calibración y operación de los detectores de superficie. También en el grupo se realizan estudios teóricos de la propagación de los rayos cósmicos y de las herramientas estadísticas para su análisis. En esta etapa es fundamental la participación en el análisis e interpretación de los datos que el Observatorio ya está adquiriendo.
      La finalización de la construcción del Observatorio Auger está prevista para fines del año 2007, pero ya se están analizando diversas ocpiones para potenciar las capacidades del mismo. Entre ellas pueden mencionarse el agregado de contadores de muones para estudiar la composición química de los rayos cósmicos primarios, un arreglo más denso de detectores Cherenkov de superficie que permitirá estudiar rayos cósmicos a menores energias (1017eV a 3x1018eV), detección de rayos cósmicos con un arreglo de antenas de radio, detección de fluorescencia atmosférica a mayor altura (menores energías), y otros.
      Para más detalles ver la página dedicada en nuestro servidor al Observatorio Pierre Auger.
    • Destellos de rayos gamma
    • Destellos de rayos gamma
      Los destellos de rayos gamma (GRB, por sus siglas en inglés) son fenómenos astrofísicos de extrema violencia. Su origen es extragaláctico, pero existe una gran cantidad de incertidumbre acerca de los mecanismos responsables de los mismos. Recientemente, el Grupo de Partículas se ha involucrado en actividades experimentales relacionadas con este tema. El proyecto LAGO tiene por objetivo detectar GRBs con detectores Cherenkov de agua en altura, similares a los detectores de superficie del Observatorio Auger. Con este fin se ha instalado un primer detector prototipo en el Centro Atómico Bariloche que ha sido equipado con instrumentos facilitados por el Proyecto Auger.
      Más información puede encontarse en una página dedicada de nuestro servidor al Proyecto LAGO.
    • Cosmología
      Se investiga sobre la interpretación de observaciones recientes, especialmente las mediciones en la anisotropía de la temperatura y polarización de la radiación cósmica de fondo y lentes gravitatorias débiles, que han permitido determinar con buena precisión los parámetros cosmológicos más relevantes. Se estudian las distintas fuentes de polarización de la radiación de fondo y las características de la misma y su posible aplicación en la detección de ondas gravitatorias y campos magnéticos primordiales.
      Otro tema de estudio es entender cómo se originó la asimetría materia-antimateria, en particular en escenarios de leptogénesis, que son quizás los más atractivos actualmente, estudiando la violación de CP en detalle y el impacto de la supersimetría en estos escenarios.
    • Neutrinos en Supernovae
      Se estudia también el tema de neutrinos en supernovas, que son el canal dominante para la pérdida de energía (portan el 99% de la energía liberada). Durante los primeros segundos de formación de una estrella neutrónica las densidades son suficientemente altas como para que los neutrinos resulten confinados y se forme una neutrinosfera. En su seno ocurren diversos procesos con consecuencias observables en la evolución de la protoestrella, que dan información importante tanto sobre su estructura como sobre la física de neutrinos en sí. En este sentido la protoestrella provee un laboratorio bajo condiciones excepcionales. La línea de investigación que se está desarrollando se centra en la relación entre los kicks observados en los púlsares (estrellas neutrónicas) y la oscilación resonante de neutrinos dentro de la neutrinosfera en presencia de los campos magnéticos extraordinariamente intensos existentes en las protoestrellas.
  • Teoría de cuerdas
    La Teoría de cuerdas se propone como el más firme candidato a una teoría cuántica de la gravedad. En ella la teoría de Einstein de la relatividad general aparece como un límite de bajas energías (energías inferiores a una típica Estring). La teoría incluye a la vez interacciones de calibre y fermiones quirales, elementos esenciales en la formulación del Modelo Estándar. Incluye también diversos ingredientes que han sido propuestos en diversas extensiones del Modelo Estándar en una formulación consistente.
    La teoría provee a la vez un marco para abordar algunas preguntas fundamentales como la paradoja de la pérdida de información en agujeros negros, el origen de la quiralidad, el origen del número de generaciones, etc. Es importante tener presente que no se posee actualmente una formulación cerrada de la teoría de cuerdas y muchos aspectos, como su comportamiento en regímenes no perturbativos, se conocen sólo parcialmente.
    La investigación en teoría de cuerdas realizada en el grupo de Bariloche se ha orientado en gran parte hacia la llamada fenomenología de cuerdas que, resumidamente, busca establecer de qué manera la física de partículas (el Modelo Estándar o sus posibles extensiones) está embebida en la teoría de cuerdas.
  • Teoría de campos
    • Teorías de campos aplicadas a problemas de materia condensada y efecto Hall cuántico
      Se desarrollan estudios teóricos de sistemas de Materia Condensada cuya descripción natural se da en el contexto de la Teoría Cuántica de Campos. La fenomenología de tales sistemas involucra asimismo excitaciones (cuasipartículas) cuyas propiedades e interacciones suelen tener correlato en la Física de Altas Energías, y requieren del uso de conceptos novedosos. Ejemplos de tales sistemas son: el Efecto Hall cuántico (y los líquidos cuánticos incompresibles en general), los Superconductores de Alta Temperatura Crítica y la Dinámica de Vórtices.
    • Teoría de campos en espacios curvos y posibles violaciones a la relatividad
      Se estudian violaciones a la simetría de Lorentz por efectos de gravitación cuántica a bajas energías. Aún cuando la escala característica para la gravitación cuántica es la energía de Planck, se espera que estos efectos sean observables a energías mucho más bajas y que se manifestarían como relaciones de dispersión modificadas que pueden interpretarse en términos de una violación de la simetría de Lorentz. Tienen consecuencias en una amplia gama de fenómenos, que incluyen modificaciones en los umbrales de reacciones, la generación y propagación de campos, etc.. Su detección daría indicios sobre las características de la gravitación cuántica subyacente.
      Actualmente estamos investigando estas perturbaciones en la radiación electromagnética. La teoría efectiva a bajas energías con ecuaciones de Maxwell modificadas implica un vacío que se comporta como un medio dispersivo, con efectos tales como birrefringencia, radiación Cerenkov en vacío, anisotropías y variaciones en la distribución espectral de la radiación. Dado que objetos tales como remanentes de supernovas y destellos de rayos gamma muestran evidencia de radiación de sincrotrón con fotones de energía de hasta el orden de TeVs, existe la posibilidad de observar allí una violación de la simetría de Lorentz y tener alguna evidencia sobre aspectos cuánticos de la gravitación.
  • Física matemática
    Se considera la formulación en términos matemáticos precisos de distintos modelos físicos. Estos modelos incluyen
    Clasificación de teorías conformes racionales en dos dimensiones y su relación con las álgebras de Hopf débiles. Simetrías cuánticas de gráficos asociados. Modelos de WZW y teorema de reconstrucción.
    Geometría de sistemas dinámicos. Estructuras de grupoides simplécticos en simetrías y dualidades. Generalizaciones de estructuras de Poisson. Regularización dimensional y geometría no-conmutativa.