Teoria dei Campi non perturbativa e Fisica Computazionale

Lo studio non perturbativo delle teorie di campo relativistiche è necessario per la comprensione di molti fenomeni in Fisica dove le interazioni tra i costituenti fondamentali sono forti. La nostra ricerca si concentra principalmente sulle seguenti aree:

Il momento magnetico anomalo del muone

Al momento, la discrepanza tra la predizione teorica e la misura sperimentale del momento magnetico anomalo del muone è una promettente direzione per individuare nuova fisica oltre il modello Standard. La predizione teorica dei contributi adronici, che domina l’errore teorico, è basata su relazioni di dispersione che necessitano di ulteriori input sperimentali. L’unico metodo per ottenere una predizione da principi primi è Lattice QCD, e il nostro gruppo avvalendosi di nuovi algoritmi multi-level si sta occupando del calcolo dei contributi adronici al (g-2) del muone con lo scopo di raggiungere la precisione del per-mille.

QCD su reticolo e fenomenologia del sapore

La violazione della simmetria CP da parte del Modello Standard non è sufficiente a spiegare la differenza tra materia/antimateria osservata nell’universo. Decadimenti adronici che violano CP, e processi simili in fisica del sapore, sono dunque un eccellente laboratorio per testare la validità del Modello Standard e per identificare possibili discrepanze e segni di fenomeni fondamentali sconosciuti. La predizione delle ampiezze adroniche rilevanti in questi processi può essere ottenuta solo tramite simulazioni di QCD su reticolo. Nel nostro gruppo siamo interessati sia al loro calcolo diretto utilizzando il formalismo esistente basato sul volume finito, sia alla formulazione di nuove strategie formali per l’estrazione di queste ampiezze da correlatori Euclidei.

La fisica del quark-gluon plasma

La QCD svolge un ruolo cruciale e determinante nei fenomeni legati al comportamento collettivo di particelle fortemente interagenti, i quali si manifestano in astrofisica e in cosmologia come anche nelle collisioni di ioni pesanti. Il comportamento previsto dalla teoria è, però, noto solo fino a temperature intorno a 1-2 GeV a causa di difficoltà di tipo computazionale. Il nostro gruppo ha proposto e sviluppato una formulazione teorica innovativa che supera i problemi numerici che impediscono di studiare la QCD ad alta temperatura con approcci che, al momento, sono lo stato dell'arte. Il metodo è basato sulla formulazione nel path-integral della teoria quantistica in un sistema di riferimento in moto: in questo contesto, si derivano delle nuove equazioni numericamente molto efficienti per il calcolo non perturbativo di quantità termodinamiche mediante simulazioni Monte Carlo su reticolo. La tecnica è stata già impiegata con successo nel calcolo dell’Equazione di Stato nella teoria di Yang-Mills SU(3) fino a temperature molto elevate e si sta attualmente estendendo lo studio alla QCD; il metodo è stato anche determinante per la prima misura delle masse di screening mesoniche in QCD fino a temperature ben oltre la scala Elettro-Debole. In entrambi i casi, sebbene la teoria delle perturbazioni sia valida a temperature asintoticamente alte, è emerso che non fornisce una descrizione adeguata della dinamica della QCD alla scala elettrodebole.

Contatti

M. Bruno, C. Destri, L. Giusti, M. Pepe, F. Rapuano, Doctoral students and postdoc.

Finanziamenti

[2021-2023] QCDLAT, INFN national project
[2021] MLHVP - Multi-Level measurement of the Hadron Vacuum Polarization in Lattice QCD, PRACE
[2019-2020] EoSQCD – Equation of State of QCD, PRACE
[2019-2020] The Equation of State of QCD, ISCRA
[2019-2020] The anomalous magnetic moment of the muon with a multi-level algorithm, ISCRA
[2019] Gradient Flow coupling in a massive scheme, HLRN
[2018-2020] New frontiers in lattice field theory for the SM and beyond, INFN national project
[2016-2018] High performance data network, INFN special project