Física Teórica

La teoría de cuerdas es una propuesta cuántica de la gravedad que unifica todas las interacciones fundamentales de la naturaleza, incluidas la gravedad, de manera consistente con la mecánica cuántica. En nuestro departamento, investigamos las implicaciones de la teoría de cuerdas en la física de partículas y la cosmología, explorando sus conexiones con la holografía, los agujeros negros y la gravedad cuántica. Un aspecto clave de nuestra investigación es el programa de Swampland, que identifica las teorías de cuerdas viables en un universo físico, ayudando a establecer las limitaciones de la teoría y sus posibles extensiones más allá del Modelo Estándar. También analizamos las conexiones entre la teoría de cuerdas y las observaciones cosmológicas, con el objetivo de encontrar posibles evidencias experimentales que validen sus predicciones.

La teoría de campos es la base de la física de partículas, pero sus aspectos no perturbativos siguen siendo un gran desafío. Un enfoque clave para estudiar sistemas fuertemente acoplados es la teoría de campos en retículo, que permite explorar las propiedades cuánticas y realizar cálculos de QCD con precisión sin precedentes. En nuestro departamento trabaja en el desarrollo de técnicas avanzadas en QCD en retículo para mejorar la comprensión de las interacciones fuertes y la física fundamental. 

La física teórica de partículas se centra en el Modelo Estándar de partículas elementales, que sigue siendo el marco más completo para describir tres de  las interacciones fundamentales de la naturaleza. A pesar de su notable éxito (varios Premios Nobel), el Modelo Estándar no es la teoría definitiva de la naturaleza, ya que deja sin resolver algunas de las cuestiones más fundamentales. Uno de los principales objetivos de la física teórica moderna es perfeccionar y ampliar este modelo, explorando teorías más allá del Modelo Estándar que puedan proporcionar respuestas a estas incógnitas. Nuestro departamento se especializa en diversas áreas de la física teórica de partículas, que incluyen no solo la física del Higgs y la fenomenología de colisionadores, sino también investigaciones en la física de sabor y neutrinos, la búsqueda de nuevas partículas a través de experimentos de alta energía, y la teoría de axiones y partículas tipo axión. Además, estamos involucrados en estudios relacionados con la posible existencia de dimensiones adicionales y la formulación de teorías como la supersimetría, la teoría de cuerdas y las posibles extensiones del Modelo Estándar que puedan ofrecer explicaciones más completas sobre los fenómenos observados en el universo. 

La cosmología se encuentra en una era de precisión, con avances en la medición del Fondo Cósmico de Microondas y la búsqueda de ondas gravitacionales primordiales que ofrecen información sobre el Universo temprano, en particular sobre la inflación. Los grandes cartografiados de galaxias, como DES, Euclid, PAU y DESI, refinan nuestra comprensión de la energía oscura y permiten poner a prueba la física más allá del Modelo Estándar, incluyendo la naturaleza de la materia oscura. Asimismo, la astronomía de ondas gravitacionales está en plena expansión, con observatorios como Ligo-Virgo-Kagra y futuras misiones como LISA que abrirán nuevas ventanas al cosmos. Las observaciones, incluidas las de supernovas Tipo Ia, están planteando preguntas fundamentales sobre la evolución del Universo. Además, los avances teóricos en teoría cuántica de campos y métodos computacionales siguen impulsando el progreso en el campo. Nuestro departamento también está involucrado en la física de astropartículas, explorando la intersección entre los fenómenos astrofísicos de alta energía y la física de partículas. La investigación en esta área abarca el estudio de rayos cósmicos, neutrinos de alta energía y fuentes de rayos gamma, así como la búsqueda indirecta de materia oscura a través de señales astrofísicas. Al combinar observaciones cosmológicas con experimentos de astropartículas, buscamos arrojar luz sobre los componentes más elusivos del universo y sus orígenes fundamentales.

La física experimental de partículas investiga los componentes fundamentales de la materia y sus interacciones, sometiendo al Modelo Estándar a rigurosas pruebas y guiando la búsqueda de nueva física más allá de sus límites. Los experimentos de alta energía en los principales laboratorios han validado predicciones clave del Modelo Estándar, al tiempo que han revelado cuestiones sin resolver que sugieren la existencia de nueva física.Nuestro departamento participa activamente en una amplia variedad de investigaciones experimentales, incluyendo medidas de precisión, física de colisionadores, experimentos de neutrinos, detección de materia oscura y la búsqueda de otras partículas exóticas, contribuyendo así a cerrar la brecha entre los marcos teóricos y las observaciones experimentales en la búsqueda de una comprensión más profunda de la naturaleza.En particular, estamos involucrados en varias colaboraciones internacionales de gran relevancia, como ATLAS y CMS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN, Super-Kamiokande en Japón y el experimento Migdal en el Reino Unido.

La información cuántica y el aprendizaje automático son dos campos en rápido desarrollo que están transformando las fronteras de la ciencia y la tecnología. En el Departamento de Física Teórica de la UAM, investigamos cómo los principios de la mecánica cuántica pueden aplicarse a la manipulación y el procesamiento de información, abriendo nuevas posibilidades para la computación cuántica y la criptografía cuántica. Además, exploramos cómo el aprendizaje automático, especialmente mediante redes neuronales y algoritmos de inteligencia artificial, puede ser utilizado para resolver problemas complejos en física teórica, desde la simulación de sistemas cuánticos hasta la mejora de la eficiencia de los experimentos. El cruce entre estos dos campos ofrece un gran potencial para optimizar procesos de cálculo y acelerar descubrimientos en la investigación fundamental, abriendo nuevos caminos para abordar problemas que antes eran inabordables. En nuestro departamento, combinamos enfoques teóricos y computacionales avanzados para desarrollar métodos innovadores que puedan abordar cuestiones cruciales tanto en la física cuántica como en la inteligencia artificial.