Tomás Ortín, investigador del Instituto de Física Teórica (IFT), aborda este viernes 13 de diciembre, a las 12:00 en el Centro de Física Teórica y Matemáticas (CFTMAT), la conexión entre física teórica y matemáticas en el contexto de los agujeros negros. En su coloquio, “Nuevos resultados sobre simetrías, cargas conservadas y la física de los agujeros negros”, mostrará cómo los Teoremas de Noether y las Leyes de Gauss explican la conexión entre las cantidades conservadas y las propiedades termodinámicas de los agujeros negros. Se trata de un evento conjunto entre el IFT y el Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT), que se celebra cada año con el fin de fomentar la colaboración interdisciplinar entre físicos y matemáticos para abordar enigmas fundamentales de la naturaleza.

El Instituto de Ciencias Matemáticas (ICMAT) y el Instituto de Física Teórica (IFT UAM-CSIC) celebran, como cada mes de diciembre, su tradicional coloquio conjunto, que en esta ocasión contará con la participación del físico Tomás Ortín, investigador del IFT. Con el título «Nuevos resultados sobre simetrías, cargas conservadas y la física de los agujeros negros«, el 13 de diciembre a las 12:00 presenta, en el Aula Azul del Centro de Física Teórica y Matemáticas (CFTMAT), una visión general de estos conceptos, que establecen conexiones profundas entre la física teórica y las matemáticas, y de algunas de sus aplicaciones en el contexto de la física de los agujeros negros.

En esta relación juegan un papel fundamental los teoremas de Noether y las leyes de Gauss, que permiten establecer resultados como los teoremas de (no) existencia y de “no-pelo” y la fórmula de Smarr. Los primeros afirman que los agujeros negros quedan descritos por unas pocas cantidades conservadas: su masa, su momento angular y su carga eléctrica. Por su parte, la fórmula de Smarr permite vincular estas características del agujero negro con sus propiedades termodinámicas.

Los famosos teoremas de Noether son uno de los pilares de la física moderna. El primero de ellos, que es el que normalmente se conoce como teorema de Noether (en singular) establece que a cada simetría global de un sistema físico le corresponde una cantidad conservada (llamada carga). Esto implica que, por ejemplo, si un sistema mecánico es invariante en el tiempo (es decir, sus leyes físicas no cambian con el tiempo, es simétrico respecto a el mismo), entonces debe existir una cantidad conservada relacionada con esa simetría: la energía.

El segundo de ellos, menos conocido, pero tan profundo como el primero, describe lo que pasa cuando hay simetrías locales (o gauge). En este caso es más difícil definir las cantidades conservadas, pero se puede demostrar que satisfacen las denominadas leyes de Gauss. Se trata de propiedades extraordinariamente importantes que indican que la cantidad conservada sólo depende de la topología de la superficie a la que se ha asignado y no de su forma (geometría). De ellas se deriva la conocida como fórmula de Smarr.

La fórmula de Smarr relaciona las cantidades conservadas de un agujero negro (masa, carga eléctrica, momento angular) con sus propiedades termodinámicas (temperatura de Hawking in entropía). Las primeras se definen en superficies muy distantes del agujero negro mientras que las segundas se definen en su horizonte de eventos. Tomás Ortín ha encontrado una generalización de esta fórmula, relativa a la denominada carga de Komar.

Por otro lado, el Teorema de “no-pelo” –que, pese a su nombre, no se trata de una afirmación matemáticamente demostrada, sino resultado de observaciones y creencias de los físicos teóricos– establece que los agujeros negros están completa y exclusivamente descritos por un pequeño número de cargas conservadas: su masa, su momento angular y su carga eléctrica.

Ortín explicará, además, las nuevas construcciones de cargas geométricas que ha estado investigando junto con otros colaboradores. Estas cargas, que aún están en una fase de exploración, pueden estar relacionadas con conceptos avanzados como el gravitón dual. Ortín compartirá algunos de los avances más recientes, destacando que estos nuevos enfoques pueden tener implicaciones más amplias para la física teórica y las matemáticas aplicadas a la relatividad general.

Coloquio ICMAT-IFT – Some new results on symmetries, conserved charges and black-hole physics, por Tomás Ortín Miguel (IFT).

Viernes 13 de diciembre de 2024 – 12:00, en el Aula Azul, ICMAT

Resumen:

Charges, whether they conserved or not, are a basic tool used to characterize states or configurations in fundamental physics. In this talk, always from a classical (i.e. non-quantum) point of view, I will first review the standard lore on conserved charges to then focus on the construction of charges (some of them, purely geometrical) that only satisfy Gauss laws and their use in the context of black-hole physics to derive Smarr formulas and no-hair theorems.

Tomás Ortín

Tomás Ortín es Profesor de Investigación en el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) y miembro del Instituto de Física Teórica (IFT-UAM/CSIC). Su trayectoria destaca por su contribución al campo de la física teórica, en particular en el estudio de las teorías de cuerdas y la teoría de gauge.

Licenciado en Física por la Universidad de Valladolid, se especializó en Física Teórica en la Universidad Autónoma de Madrid, donde también obtuvo su doctorado sobre teorías de cuerdas. Después fue investigador posdoctoral en la Universidad de Stanford y en la Universidad de Londres. Posteriormente se incorporó, en varios puestos, en el Departamento de Teoría del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN).