Por los campos del Universo
Esteban Calzetta y su grupo de investigación describen, mediante modelos matemáticos, procesos físicos tales como los momentos iniciales de la evolución del Universo, colisiones de iones pesados a altas energías, gases atómicos ultrafríos y fluidos en régimen turbulento. Quieren saber qué tienen en común estos problemas tan diversos.
En física, un campo es cualquier magnitud física que produce variaciones sobre una región del espacio. El concepto físico de campo surgió por la necesidad de explicar la interacción entre cuerpos que no están en contacto entre sí. Así, la acción a distancia de la gravedad, la electricidad o el magnetismo, entre otros fenómenos, se explican por los efectos provocados por la entidad causante de la interacción sobre el espacio que la rodea. En particular, en la física cuántica, los campos se tratan como funciones generalizadas que permiten asignar operadores que describen el campo. La teoría cuántica de campos es un marco teórico que aplica los principios de la mecánica cuántica a los sistemas clásicos de campos. Mediante este formalismo puede describirse la evolución e interacciones de un sistema compuesto de partículas cuánticas cuyo número no es constante. Los sistemas fuera de equilibrio, a su vez, se definen como aquellos que reciben materia o energía desde el exterior, lo que hace variar alguna de sus propiedades.
La teoría de campos fuera de equilibrio consiste, entonces, en la formulación de modelos matemáticos para describir procesos dinámicos en sistemas extendidos. La investigación que lleva adelante el Dr. Esteban Calzetta consiste, según él mismo explica, en estudiar “en una situación dada cuáles son las variables más adecuadas para describir la evolución del sistema, cómo podemos relacionar estas variables entre sí, qué podemos decir acerca de la manera en que el sistema va a evolucionar, si va a alcanzar un estado final (por ejemplo, si va a llegar al equilibrio), y cuánto tiempo va a tardar en alcanzarlo”.
Calzetta dirige el grupo de investigación en Teoría de campos fuera de equilibrio, con el que describe mediante modelos matemáticos distintos procesos físicos. “Los sistemas concretos que hemos estudiado incluyen al Universo en su conjunto en los momentos iniciales de su evolución, colisiones de iones pesados a altas energías, gases atómicos ultrafríos y fluidos en régimen turbulento. El énfasis está puesto en averiguar qué tienen en común estos problemas tan diversos, y en emplear herramientas originadas en física de altas energías, por ejemplo, para resolver un problema de gases ultrafríos, o viceversa”, dice Calzetta.
Para llevar a cabo su trabajo, el equipo requiere, fundamentalmente, de su propia capacidad para identificar, elegir y modelar los problemas a resolver. “Nuestro trabajo es teórico, ya sea a la antigua (con lápiz y papel) o mediante la resolución numérica de modelos matemáticos. En todo caso, la idea es que uno primero tiene que entender el problema, identificando los procesos relevantes, las escalas que aparecen en el sistema, etc. Luego la solución, ya sea analítica o numérica, será la confirmación de que uno está en el camino correcto”, comenta.
El criterio con el que el equipo elige los problemas en los que trabajan consiste en determinar si el problema en cuestión plantea un desafío para la teoría existente. “Por ejemplo –dice Calzetta– los problemas de gases ultrafríos que nos interesan son los que se resisten a ser analizados en el marco del repertorio usual de la física atómica, y por lo tanto exigen una variedad mayor de herramientas”. Un ejemplo de este tipo de problemas es el colapso de condensados de Bose-Einstein, un estado de agregación de la materia que se da en ciertos materiales a muy bajas temperaturas. Su característica principal es que una cantidad de sus partículas pasa al nivel de mínima energía. Si se somete al condensado a un campo magnético, bajo ciertas circunstancias el condensado colapsa y luego estalla, expulsando a los átomos que lo formaban. “Nosotros mostramos que se podía modelar el colapso de condensados de Bose-Einstein importando técnicas que se desarrollaron originalmente en cosmología”, comenta.
Muchos de los proyectos de este grupo involucran colaboraciones internacionales. En este momento, sus principales interlocutores se encuentran en el Laboratorio Nacional de Los Alamos y en la Universidad de Maryland, en los Estados Unidos y en las Universidades de San Pablo e Ilheus, en Brasil. Calzetta está firmemente convencido de que la Teoría de campos fuera de equilibrio es un área de la física teórica con una identidad definida. El mejor reconocimiento de que está en lo cierto seguramente sea la publicación del libro que escribió junto al Dr. Bei-Lok Hu, Nonequilibrium Quantum Field Theory, que formó parte de la colección Cambridge Monograph on Mathematical Physics.
“Si bien nuestro trabajo pertenece al campo de la ciencia básica, la posibilidad de aplicaciones futuras es una variable que tenemos en cuenta. El área de fluidos en régimen turbulento en particular es una fuente inagotable de problemas que plantean desafíos enormes a la teoría y a la vez están motivados por cuestiones concretas de interés experimental y también tecnológico. Nuestra expectativa es poder profundizar este aspecto de nuestro trabajo en colaboración con otros grupos ya establecidos en nuestra Facultad”, concluye Calzetta.
Teoría de campos fuera de equilibrio (Departamento de Física)
2do. piso, pabellón I, Tel: 4576 3353 – df.uba.ar/users/calzetta
Dirección: Esteban Calzetta
Integrates del grupo: J. Peralta Ramos, Juan Zanella
Tesistas de doctorado: Gustavo Moreno, Mariano Franco
