Objetivos Científicos
La investigación de frontera en el IFT se desarrolla a lo largo de cuatro grandes líneas temáticas:
El origen de la masa.
Uno de los objetivos de la investigación llevada a cabo en el IFT es entender cuál es el origen de la masa de las partículas fundamentales. El reciente descubrimiento en el CERN del bosón de Higgs con una masa 126 GeV ha supuesto un paso de gigante en esa dirección. Este valor de la masa supone un reto para algunas de las teorías propuestas como extensiones del Modelo Estándar (ME) y cabe aún la posibilidad de que la partícula hallada en el LHC tenga acoplos ligeramente diferentes a los del escalar del ME. La física del bosón de Higgs y las implicaciones del descubrimiento del LHC serán sin duda alguna una de las prioridades del campo en los próximos años.
Al mismo tiempo, el origen del espectro de masas de los fermiones y los ángulos de mezcla en el ME siguen siendo una incógnita. Ha habido un progreso espectacular en los últimos años impulsado por el descubrimiento de las masas de los neutrinos y sus ángulos de mezcla. La reciente medida del ángulo de mezcla entre la primera y tercera generación de neutrinos indica que las factorías de neutrinos serán capaces en un futuro no muy lejano de detectar violación de CP en este sector. Esto puede tener implicaciones profundas en nuestro entendimiento de la asimetría bariónica en el Universo. En relación con esto, los experimentos LHCb, CMS y ATLAS supondrán un salto cuantitativo sin precedente en el entendimiento de la física de quarks pesados y de la violación de CP.
Campos Cuánticos, Gravedad y Cuerdas.
Uno de los objetivos básicos de la Física de Partículas es entender en profundidad las fuerzas fundamentales de la Naturaleza. Es en este sentido que el reto más difícil que seguimos afrontando en el siglo XXI es hacer compatible la Mecánica Cuántica y la Relatividad General de Einstein. La Teoría de Cuerdas es el candidato principal de cara a obtener una teoría consistente de la gravedad cuántica y, al mismo tiempo, tiene una estructura suficientemente rica como para contener los ingredientes esenciales del Modelo Estándar. La Teoría de Cuerdas permite entender los grados de libertad microscópicos de los agujeros negros y proporciona todo un área de fértiles conexiones con la Teoría Cuántica de Campos (a través de la holografía y la correspondencia AdS-CFT) e incluso con otros sistemas fuertemente acoplados en materia condensada o física de iones pesados. La Teoría Cuántica de Campos (TCC) es, a su vez, la herramienta esencial en Física de Partículas. A pesar de ello, nuestro entendimiento en TCC de ciertos fenómenos que involucran interacciones fuertes es limitado. La técnica principal para acceder a este tipo de procesos es la formulación de la TCC en un retículo espacio-temporal. Esto permite un tratamiento numérico que ha sido aplicado con éxito al estudio de propiedades genéricas de las TCC y al cálculo de cantidades relevantes en QCD como el espectro de masas y los elementos de matriz electrodébiles, que pueden obtenerse ahora con una precisión sin precedentes.
El Origen y la Composición del Universo.
La Física de Altas Energías está íntimamente ligada con la física de gran escala y tiene un impacto determinante en la evolución cosmológica del universo. Por otra parte, los procesos astrofísicos también permiten constreñir las propiedades de las partículas elementales. En este sentido, la búsqueda de la materia oscura es particularmente relevante. Los resultados de los experimentos de detección directa como CDMS o Xenon suponen un desafío para muchos de los modelos de materia oscura. Experimentos como Fermi están explorando el espectro de rayos cósmicos de alta energía con una precisión sin precedentes. La cosmología está también en una era de precisión en la que las medidas de alta resolución del CMB y la búsqueda de ondas gravitacionales primordiales nos permitirán constreñir una larga clase de modelos inflacionarios. Los estudios exhaustivos de galaxias como DES, Euclid, BOSS y BigBOSS nos proporcionarán información sobre las propiedades de la Energía Oscura. Todos estos datos nos permitirán poner cotas y restringir los modelos posibles de Física de Partículas.
Materia Condensada Teórica e Información Cuántica.
Esta línea de investigación en el IFT tiene como objetivo desarrollar un campo interdisciplinario en la frontera de la Física de Materia Condensada, la Óptica Cuántica y la Información Cuántica. El reto es dar respuesta a las muchas cuestiones de naturaleza fundamental que surgen en el estudio de sistemas cuánticos de muchos cuerpos y explorar al mismo tiempo el entrelazamiento cuántico buscando nuevos paradigmas en el procesamiento de la información cuántica.