¿Alguna vez te has preguntado cómo crea el Sol la energía que obtenemos de él todos los días y cómo se han formado los otros elementos además del hidrógeno en nuestro universo? Quizás sepa que esto se debe a reacciones de fusión donde cuatro núcleos de hidrógeno se unen para producir un núcleo de helio. Tales procesos de nucleosíntesis son posibles únicamente debido a la existencia, en primer lugar, de deuterones estables, que se componen de un protón y un neutrón. Sondeando más profundo, se encuentra que un deuterón consta de seis quarks ligeros. Curiosamente, la fuerte interacción entre quarks, que aporta estabilidad a los deuterones, también permite varias otras combinaciones de seis quarks, conduciendo a la posible formación de muchos otros núcleos similares al deuterón. Sin embargo, no hay tales núcleos, aunque teóricamente especulado y buscado experimentalmente muchas veces, todavía se han observado.

Todo esto puede cambiar con un descubrimiento nuevo y emocionante, dónde, utilizando un cálculo de los primeros principios de última generación de la cromodinámica cuántica de celosía (QCD), la teoría básica de interacciones fuertes, Los físicos de TIFR han hecho una predicción definitiva de la existencia de otros núcleos similares al deuterón. Usando la facilidad computacional de la Indian Lattice Gauge Theory Initiative (ILGTI), El profesor Nilmani Mathur y el becario postdoctoral Parikshit Junnarkar en el Departamento de Física Teórica han predicho un conjunto de núcleos exóticos, que no se encuentran en la tabla periódica. También se han calculado con precisión las masas de estos nuevos núcleos exóticos.

Estas nuevas partículas subatómicas podrían estar formadas por seis quarks pesados ​​(encanto y fondo) o quarks pesados ​​y extraños. Son estables contra la desintegración fuerte y electromagnética, pero, a diferencia del deuterón, pueden deteriorarse a través de interacciones débiles. Asombrosamente, Se ha descubierto que la estabilidad de dichos núcleos aumenta a medida que se vuelven más pesados. Estas predicciones pueden ayudar a descubrir estas nuevas partículas subatómicas en instalaciones experimentales.

Esto también abre la posibilidad de la existencia de muchos otros núcleos exóticos, que puede formarse mediante la fusión de bariones pesados, similar a la formación de núcleos de elementos en la tabla periódica. En tales reacciones, estos núcleos similares al deuterón bien podrían desempeñar el mismo papel que el deuterón en la nucleosíntesis. La formación de estas nuevas partículas subatómicas también aumenta la posibilidad de un análogo de fusión nuclear a nivel de quark como se discutió recientemente [ Naturaleza 551, 89 (2017)]. La formación de algunos de estos estados a través de la fusión es altamente exotérmica, Liberar energía de hasta 300 MeV / reacción:¡una posibilidad emocionante para la creación de energía algún día en el futuro!

Predecir nuevas partículas subatómicas, particularmente con más de tres quarks, a través de los cálculos de los primeros principios exige una intrincada fusión entre la teoría y la computación de alto rendimiento. No solo requiere una comprensión sofisticada de los problemas de la teoría cuántica de campos, pero la disponibilidad de recursos computacionales a gran escala también es crucial. De hecho, algunos de los recursos informáticos científicos más grandes del mundo están siendo utilizados por los teóricos del calibre de celosía, como los de TIFR, que están tratando de resolver el misterio de las interacciones fuertes de nuestro Universo a través de sus investigaciones dentro del femtoworld (es decir, dentro de una escala de aproximadamente una millonésima mil millonésima parte de un metro). Los métodos Lattice QCD también pueden desempeñar un papel crucial en la comprensión de la materia en condiciones de alta temperatura y densidad similares a las de las primeras etapas del Universo después del Big Bang.