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

El colisionador RHIC, que pertenece al Departamento de Energía de los Estados Unidos (DOE) y que está 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 que se consigue haciendo chocar núcleos de átomos pesados, como el oro, que viajan en direcciones opuestas alrededor del colisionador a una velocidad cercana a la de la luz. La intensidad de estas puede 'fundir' los límites entre protones y neutrones individuales para que los científicos puedan estudiar los 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 cuánticas, los fotones interactúan con los gluones, las diminutas partículas que, como si fueran pegamento, mantienen unidos a los quarks dentro de los protones y los neutrones que forman el núcleo atómico. Esas interacciones producen una partícula intermedia, que decae rápidamente en dos 'piones' con cargas diferentes.

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 del RHIC, los científicos pueden retroceder para obtener información crucial sobre el fotón y usarla para mapear la disposición de los gluones dentro del núcleo con mayor la mayor precisión conseguida hasta ahora. Todo un 'vistazo' inédito a lo más profundo de los núcleos atómicos.

«Esta técnica -explica el físico James Daniel Brandenburg, miembro de la colaboración STAR del colisionador- es similar a la forma en que los médicos usan la tomografía por emisión de positrones (PET) para ver qué sucede dentro del cerebro y otras partes del cuerpo. Pero en este caso, estamos hablando de mapear características en la escala de femtómetros, cuadrillonésimas de metro, el tamaño de un protón individual».

Pero aún más sorprendente, explican los científicos en un artículo publicado en 'Science Advances', es la observación de un tipo completamente nuevo de entrelazamiento cuántico que, entre otras cosas, ha hecho posibles sus mediciones. En palabras de Zhangbu Xu, otro de los miembros de STAR, «medimos dos partículas salientes y claramente sus cargas eran diferentes, es decir, eran partículas diferentes, pero vimos patrones de interferencia que indican que ambas estaban entrelazadas o sincronizadas entre sí, aunque las dos eran partículas distinguibles».

El hallazgo, según los investigadores, puede tener implicaciones que van mucho más allá de 'ver' los componentes básicos de la materia. Por ejemplo, el nuevo tipo de entrelazamiento podría servir para crear herramientas de comunicación y computadoras significativamente más potentes que las que existen en la actualidad.

Desde hace mucho tiempo, en efecto, los físicos buscan formas de aprovechar el entrelazamiento, una especie de comunicación instantánea entre partículas separadas físicamente, para crear aplicaciones y dispositivos beneficiosos para la sociedad. Pero hasta ahora, la inmensa 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 partículas diferentes».