Recientemente científicos han descubierto un fenómeno que hace que las partículas queden extrañamente vinculadas, incluso a través de grandes distancias cósmicas. Esto les ha permitido captar una visión sin precedentes del extraño mundo del interior de los átomos, además de que resuelve un misterio antiguo sobre los núcleos de los átomos que contienen partículas conocidas como protones y neutrones.
Qué es el entrelazamiento cuántico
Este fenómeno se produce al entrelazar dos o más partículas entre sí, haciendo que sus propiedades se sincronicen aun cuando estén a millones de años luz de distancia. El entrelazamiento cuántico se ha demostrado innumerables veces en los laboratorios, pero las partículas entrelazadas siempre han pertenecido al mismo grupo y poseían la misma carga, como los fotones que no tienen carga, o los electrones que tienen carga negativa.
El entrelazamiento cuántico es tan extraño que incluso Albert Einstein lo describió como “espeluznante acción a distancia”, además es uno de los conceptos más importantes dentro de la teoría cuántica.
Entre las aplicaciones del entrelazamiento cuántico se encuentran la computación cuántica y la criptografía cuántica, las cuales usan fenómenos cuánticos para impulsar sus procesos. Además, recientemente el termino de “teletransportación cuántica” ha ganado mucha fuerza, aunque es importante aclarar que no se trata del mismo teletransporte que vemos en la ciencia ficción, sino que consiste en el envío de información a grandes distancias
Nuevo tipo de entrelazamiento cuántico
El nuevo estudio publicado en Science Advances por científicos del Laboratorio Nacional de Brookhaven tuvo lugar en el Colisionador Relativista de Iones Pesados (RHIC), donde se pueden acelerar átomos cargados, conocidos como iones, hasta casi la velocidad de la luz. Cuando estos iones colisionan, sus interacciones ponen al descubierto el funcionamiento interno de los átomos, regidos por las leyes de la mecánica cuántica.
Por primera vez, los científicos de Brookhaven han logrado captar patrones de interferencia creados por el entrelazamiento de dos partículas con cargas diferentes, un avance que permitirá observar el interior de los átomos que componen la materia visible en el Universo.
Para obtener estos resultados el equipo tuvo como ayuda un sensible detector llamado Solenoidal Tracker en el RHIC, con el cual pudieron captar las interacciones entre iones de oro impulsados al borde de la velocidad de la luz. Nubes de fotones, partículas portadoras de luz, rodean a los iones e interactúan con otro tipo de partículas, los gluones, que mantiene unidos los núcleos atómicos.
De acuerdo con el profesor de Física de la Universidad Estatal de Ohio y coautor del estudio, Daniel Brendenburg, nunca antes se había medido la interferencia entre partículas distinguibles y su aplicación será el poder utilizarlo para hacer física nuclear.
Los encuentros entre los fotones y lo gluones desencadenaron acontecimientos que acabaron creando dos nuevas partículas, llamadas piones con una carga positiva y otra negativa. Luego de que estos piones se estrellaran contra el detector, se logró medir su velocidad y el ángulo del impacto, datos que usaron para determinar su tamaño, forma y disposición de los gluones en el interior de los núcleos.
El nuevo estudio incluyó la información de polarización que permitió al equipo sondear los núcleos desde dos ángulos, paralelo y perpendicular al movimiento del fotón, produciendo una visión bidimensional que coincide con las predicciones teóricas. Incluso pudieron distinguir las posiciones aproximadas de las partículas clave del núcleo.
Brandenburg y su equipo esperan repetir esta técnica en el RHIC con el propósito de desenterrar los detalles que han estado ocultos por mucho tiempo sobre el interior de los núcleos atómicos.
Observar los átomos a altas energías podría ayudar a resolver algunos de los problemas más intrincados de la ciencia, incluido el gran misterio de cómo el mundo cuántico puede coexistir con nuestra realidad. También tiene aplicaciones prácticas para la computación cuántica, una tecnología que pretende revolucionar los cálculos usando las reglas del mundo cuántico.
Referencias: U.S. Department of Energy. Tomography of ultrarelativistic nuclei with polarized photon-gluon collisions. Science Advances Vol.9, No.1 (2023). DOI
