Lo scopo del gruppo di ricerca indipendente “Gravity, Quantum Fields and Information” (GQFI), guidato dal dott. Michal P. Heller, è quello di esplorare l’affascinante interazione tra la relatività generale, la teoria dei campi quantistici e la teoria dell’informazione quantistica scoperta negli ultimi anni, utilizzando intuizioni dall’olografia (AdS/CFT), dalla fisica dei molti corpi, dai buchi neri e altro.
Alcune delle domande motivanti per GQFI sono:
- Possiamo comprendere la geometria dinamica dello spaziotempo, e quindi la gravità stessa, come un fenomeno emergente quantistico-molti corpi, nello spirito di “It from Qubit”? E che ruolo hanno i concetti di informazione quantistica come l’entanglement e la complessità in questa connessione?
- I sistemi quantistici con molti costituenti sono noti per essere molto complessi, e richiedono potenti computer per essere simulati. Possiamo usare le nuove idee delle reti tensoriali per trovare modi efficienti per modellare questi sistemi su un computer?
- I buchi neri sono gli unici oggetti conosciuti in natura in cui sia la teoria quantistica che la relatività generale sono simultaneamente rilevanti, e quindi servono come un vero “laboratorio teorico” per la gravità quantistica. Possiamo usare gli strumenti dell’olografia e della teoria quantistica algebrica dei campi per far luce su questi misteriosi oggetti, e forse rivelare il loro interno?
- Come i nuovi metodi e le connessioni ci aiutano a modellare i processi di equilibrio come quelli che avvengono nelle collisioni ultra-energetiche di nuclei atomici negli acceleratori RHIC e LHC?
Questi sono alcuni dei progetti di ricerca specifici attualmente perseguiti dal GQFI:
Complessità nella teoria quantistica dei campi
Nel contesto dell’olografia, la nozione di “complessità” della teoria dell’informazione quantistica è stata congetturata per codificare certe quantità gravitazionali (in particolare quelle relative allo spaziotempo all’interno dei buchi neri). I membri del nostro gruppo sono stati pionieri nello sforzo di rendere questa idea precisa nelle teorie quantistiche di campo, e stiamo continuando lo studio di questa nuova quantità in una varietà di modelli.
Le reti di tensori
Le reti di tensori sono strumenti estremamente utili per rappresentare certi stati quantistici, e hanno interessanti proprietà geometriche che hanno portato a fruttuose analogie con l’olografia. In particolare, la rete tensoriale MERA, che è naturalmente adatta a rappresentare sistemi critici 1D (descritti dalle CFT), ha una geometria 2D negativamente curva, ed è stata congetturata per descrivere alcuni aspetti della corrispondenza AdS/CFT. Le intuizioni dalla gravità e dall’olografia possono essere utili per rafforzare questa connessione, o per progettare nuove e più potenti reti tensoriali per simulare sistemi quantistici complessi, ad esempio, sfruttando gli aspetti simmetrici?
Struttura di entanglement &flusso modulare
Stiamo studiando le proprietà degli hamiltoniani modulari (entanglement) per sistemi a bassa dimensione. In particolare, ci siamo concentrati sulla comprensione della transizione dalla località alla non-località continua nel flusso modulare. Questo può fornire nuove intuizioni sul problema della ricostruzione di massa in olografia.
Interni di buchi neri &il paradosso del firewall
AdS/CFT fornisce un quadro particolarmente utile per indagare il paradosso del firewall , un rompicapo vecchio di 40 anni al centro dei nostri tentativi di unificare la gravità e la teoria quantistica. Stiamo applicando intuizioni dall’olografia e dalla teoria quantistica algebrica dei campi per far luce su come si può ricostruire l’interno del buco nero, così come la nascente relazione tra entanglement e geometria dello spaziotempo.
Dinamica di non equilibrio
La dinamica quantistica lontana dall’equilibrio è rilevante per una vasta gamma di problemi, compresa la fisica della materia nucleare primordiale altamente eccitata descritta dalla forza forte, che viene riprodotta nelle collisioni ultra-energetiche dei nuclei atomici. AdS/CFT ci permette di modellare queste collisioni e ha portato a molte interessanti lezioni fenomenologiche nella fisica nucleare. Oltre ai metodi olografici, simuliamo anche sistemi quantistici a molti corpi (cioè catene di spin) con algoritmi di reti tensoriali in (1+1)D per estrarre proprietà della dinamica della teoria di campo quantistica termica. Vogliamo capire l’equilibrio in modelli di plasmi di quark-gluoni, usando idee all’interfaccia delle reti tensoriali e della fisica delle alte energie.
Altre attività
Il GQFI è impegnato in una serie di altre attività volte a promuovere la collaborazione, la comunicazione e l’interesse generale per la fisica. Gestiamo una serie di seminari virtuali settimanali—un formato innovativo che ci permette di trasmettere una varietà di discorsi da ricercatori di tutto il mondo riducendo la nostra impronta di carbonio. I ricercatori interessati di altri gruppi possono sintonizzarsi e partecipare in modo interattivo (fare domande, ecc.), e i discorsi sono successivamente pubblicati sul nostro canale YouTube in modo che chiunque possa vederli liberamente, in qualsiasi momento. Ospitiamo anche un “GQFI Workshop” due volte all’anno; i link agli eventi passati si trovano sul lato destro della pagina. Inoltre, i membri del nostro gruppo sono impegnati in varie attività di divulgazione, come gli eventi locali del Science Day, e un blog di ricerca. Per stare al passo con le ultime notizie e gli sviluppi, controlla il nostro Twitter feed!
La maggior parte delle pubblicazioni del nostro gruppo possono essere trovate su INSPIRE-HEP.
H. A. Camargo, M. P. Heller, R. Jefferson, J. Knaute, arXiv:1904.02713
H. A. Camargo, P. Caputa, D. Das, M. P. Heller, R. Jefferson, Phys. Rev. Lett. 122, 081601 (2019), arXiv:1807.07075.
S Singh, NA McMahon, e GK Brennen, Physical Review D 97, 026013 (2018), arXiv:1702.00392.
P. Fries, I. A. Reyes, arXiv:1905.05768.
P. Fries, I. A. Reyes, arXiv:1906.02207
R. Jefferson, arXiv:1901.01149.
R. Jefferson, SciPost Phys. 6, 042 (2019), arXiv:1811.08900.
W. Florkowski, M. P. Heller, M. Spalinski, Rep. Prog. Phys. 81, 4 (2017), arXiv:1707.02282.