O objetivo do grupo independente de pesquisa “Gravidade, Campos Quânticos e Informação” (GQFI), liderado pelo Dr. Michal P. Heller, é explorar a fascinante interação entre relatividade geral, teoria quântica de campos e teoria quântica da informação descoberta nos últimos anos, usando insights da holografia (AdS/CFT), física de muitos corpos, buracos negros, e muito mais.
Algumas das questões motivadoras para GQFI são:
- Podemos compreender a geometria dinâmica do espaço-tempo e, portanto, a própria gravidade, como um fenómeno corporal quântico emergente, no espírito de “It from Qubit”? E que papel os conceitos de informação quântica, tais como emaranhamento e complexidade, desempenham neste contexto?
- Sistemas quânticos com muitos constituintes são conhecidos por serem muito complexos, e requerem computadores poderosos para simular. Podemos usar novas idéias de redes tensoriais para encontrar maneiras eficientes de modelar esses sistemas em um computador?
- Buracos pretos são os únicos objetos conhecidos na natureza em que tanto a teoria quântica quanto a relatividade geral são simultaneamente relevantes e, portanto, servem como um verdadeiro “laboratório teórico” para a gravidade quântica. Podemos usar ferramentas da holografia e da teoria algébrica dos campos quânticos para lançar luz sobre estes misteriosos objectos, e talvez revelar o seu interior?
- Como novos métodos e conexões nos ajudam a modelar processos de equilíbrio como aqueles que ocorrem em colisões ultra-energéticas de núcleos atômicos em aceleradores RHIC e LHC?
Aqui estão alguns dos projetos específicos de pesquisa atualmente em andamento no GQFI:
Complexidade na teoria quântica de campo
No contexto da holografia, a noção teórica de “complexidade” da informação quântica tem sido conjecturada para codificar certas quantidades gravitacionais (particularmente as relativas ao espaço-tempo dentro dos buracos negros). Membros do nosso grupo foram pioneiros no esforço de tornar esta ideia precisa nas teorias de campo quântico, e estamos a continuar o estudo desta nova quantidade numa variedade de modelos .
Tensor networks
Tensor networks são ferramentas extremamente úteis para representar certos estados quânticos, e têm propriedades geométricas interessantes que levaram a analogias frutíferas com a holografia. Em particular, a rede tensora MERA, que é naturalmente adequada para representar sistemas críticos 1D (descritos pelos CFTs), tem uma geometria 2D curva negativa, e tem sido conjecturada para descrever certos aspectos da correspondência AdS/CFT. Podem os conhecimentos da gravidade e holografia ser úteis para fortalecer esta conexão, ou para projetar novas redes tensoras mais poderosas para simular sistemas quânticos complexos, por exemplo, aproveitando aspectos simétricos ?
Estrutura de emaranhamento &fluxo modular
Estamos investigando as propriedades dos Hamiltonianos modulares (emaranhamento) para sistemas de baixa dimensão . Em particular, temos focado na compreensão da transição da localidade para a não-localidade contínua no fluxo modular. Isto pode fornecer novos insights sobre o problema da reconstrução em massa na holografia.
Interiores de buracos negros & o paradoxo do firewall
AdS/CFT fornece uma estrutura particularmente útil para investigar o paradoxo do firewall , um quebra-cabeça de 40 anos no coração de nossas tentativas de unificar a gravidade e a teoria quântica. Estamos aplicando insights da holografia e da teoria do campo quântico algébrico para lançar luz sobre como se pode reconstruir o interior do buraco negro, bem como a relação nascente entre o enredamento e a geometria espaço-tempo.
Dinâmica não-equilibrium
Dinâmica quântica longe do equilíbrio é relevante para uma vasta gama de problemas, incluindo a física da matéria nuclear primordial altamente excitada descrita pela forte força, que é reproduzida em colisões ultra-energéticas de núcleos atómicos. AdS/CFT permite-nos modelar estas colisões, e tem levado a muitas lições fenomenológicas interessantes em física nuclear. Além dos métodos holográficos, também simulamos sistemas quânticos de muitos corpos (ou seja, cadeias de spin) com algoritmos de redes tensoriais em (1+1)D para extrair propriedades da dinâmica do campo quântico térmico. Queremos compreender o equilíbrio em modelos de plasmas de quark-gluon, usando idéias na interface de redes tensoriais e física de alta energia.
Outras atividades
O GQFI está envolvido em uma série de outras atividades destinadas a promover a colaboração, comunicação e interesse geral em física. Realizamos uma série de seminários virtuais semanais – um formato inovador que nos permite transmitir uma variedade de palestras de investigadores de todo o mundo, reduzindo ao mesmo tempo a nossa pegada de carbono. Pesquisadores interessados de outros grupos podem sintonizar e participar interativamente (fazer perguntas, etc.), e as palestras são posteriormente postadas em nosso canal no YouTube para que qualquer pessoa possa vê-las livremente, a qualquer momento. Também realizamos um “GQFI Workshop” duas vezes por ano; links para eventos passados podem ser encontrados no lado direito da página. Além disso, os membros do nosso grupo estão envolvidos em várias actividades de divulgação, tais como eventos locais do Dia da Ciência, e um blog de pesquisa . Para manter-se atualizado com as últimas notícias e desenvolvimentos, confira nosso feed no Twitter!
A maior parte das publicações do nosso grupo pode ser encontrada em 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.