Un nuevo tipo de entrelazamiento cuántico permite ‘ver’ el interior de los núcleos atómicos

El colisionador RHIC, propiedad del Departamento de Energía de Estados Unidos (DOE) e instalado en el mismo laboratorio de Brookhaven, permite estudiar los componentes básicos más internos de la materia nuclear: los quarks y gluones que forman protones y neutrones. Algo logrado por la colisión de núcleos de átomos pesados ​​como el oro que viajan en direcciones opuestas alrededor del colisionador a casi la velocidad de la luz. Su intensidad puede «fundir» los límites entre protones y neutrones individuales, lo que permite a los científicos estudiar quarks y gluones tal como existían en el Universo primitivo antes de que se formaran los protones y los neutrones.

A través de una serie de fluctuaciones cuánticaslos fotones interactúan con los gluones, las diminutas partículas que actúan como pegamento para mantener unidos a los quarks dentro de los protones y neutrones que forman el núcleo. Estas interacciones crean una partícula intermedia que se descompone rápidamente en dos «piones» con diferentes cargas.

Al medir la velocidad y los ángulos en los que estas partículas (una con carga positiva y otra con carga negativa) golpean el detector STAR de RHIC, los científicos pueden retroceder y recopilar información crucial sobre el fotón y usarla para estudiar la matriz de gluones dentro del núcleo con el mayor precisión jamás alcanzada. Una “mirada” sin precedentes a las profundidades del núcleo atómico.

“Esta técnica”, explica el físico James Daniel Brandenburg, miembro de la colaboración STAR del colisionador, “es similar a cómo los médicos usan la tomografía por emisión de positrones (PET) para ver qué sucede en el cerebro y en otras partes del cuerpo. . Pero en este caso estamos hablando de características de imagen del orden de femtómetros, cuadrillonésimas de metro, el tamaño de un solo protón”.

Un nuevo tipo de entrelazamiento

Pero aún más sorprendente, los científicos explican en un artículo publicado en «Avances científicos», es la observación de un tipo completamente nuevo de entrelazamiento cuántico lo que, entre otras cosas, ha hecho posibles sus mediciones. En palabras de Zhangbu Xu, otro miembro de STAR: «Medimos dos partículas salientes y sus cargas eran claramente diferentes, lo que significa que eran partículas diferentes, pero vimos patrones de interferencia que sugieren que ambas están enredadas o sincronizadas a pesar de que las dos eran partículas distinguibles». .»

El descubrimiento podría tener implicaciones mucho más allá de «ver» los componentes básicos de la materia, según los investigadores. Con el nuevo tipo de entrelazamiento, por ejemplo, se podrían crear computadoras y herramientas de comunicación significativamente más potentes que las que están disponibles en la actualidad.

De hecho, los físicos han buscado durante mucho tiempo formas de utilizar el entrelazamiento, un tipo de comunicación instantánea entre partículas físicamente separadas, para crear aplicaciones y dispositivos que beneficien a la sociedad. Pero hasta ahora, la gran mayoría de las observaciones de entrelazamiento cuántico se han realizado entre fotones o electrones idénticos. «Esta es la primera observación experimental de entrelazamiento -dice Brandenburg- entre diferentes partículas».