El entrelazamiento cuántico con el mayor nivel de energía

Unos experimentos en el LHC, el inmenso acelerador de partículas del Laboratorio Europeo de Física de Partículas (CERN) han permitido observar un entrelazamiento cuántico a un nivel de energía mayor que el de cualquier otro entrelazamiento cuántico del que se tenga noticia en la Tierra. Este entrelazamiento cuántico ocurrió entre una partícula de materia y otra de antimateria. Los resultados de estos experimentos abren una nueva y fascinante perspectiva de la física cuántica.

El entrelazamiento cuántico es uno de los fenómenos más insólitos de la física cuántica. Si dos partículas están entrelazadas cuánticamente, el estado de una de ellas está ligado íntimamente al de la otra, sin importar la distancia que las separe. Este fenómeno, que no tiene análogos en la física clásica, se ha observado en una amplia gama de sistemas cuánticos y ha encontrado varias aplicaciones importantes, como la criptografía cuántica y la computación cuántica. En 2022, Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger recibieron el Premio Nobel de Física por sus revolucionarios experimentos con fotones entrelazados cuánticamente. Estos experimentos confirmaron las predicciones sobre la manifestación del entrelazamiento realizadas por el fallecido teórico del CERN John Bell y fueron pioneros en la ciencia de la información cuántica.

El entrelazamiento cuántico ha permanecido en gran medida inexplorado a las altas energías accesibles en aceleradores de partículas como el Gran Colisionador de Hadrones (LHC). En un nuevo estudio, el equipo científico de la Colaboración ATLAS ha conseguido observar en el LHC, por vez primera, un entrelazamiento cuántico entre partículas fundamentales llamadas quarks top y a las energías más altas que las alcanzadas en cualquier otro entrelazamiento cuántico conocido.

Inicialmente comprobado en septiembre de 2023, desde entonces ha sido confirmado por una primera y una segunda observación realizadas por la Colaboración CMS, otro de los grupos de científicos que trabajan con detectores del LHC.

Recreación artística de dos quarks top entrelazados cuánticamente. (Imagen: CERN)

El equipo de la Colaboración ATLAS y el de la CMS observaron el entrelazamiento cuántico entre un quark top y su homólogo de antimateria. Las observaciones se basan en un método bastante nuevo con el que se emplean pares de quarks top producidos en el LHC como sistema para estudiar el entrelazamiento cuántico.

El quark top es la partícula fundamental más pesada conocida. Normalmente se desintegra dando lugar a otras partículas antes de tener tiempo de combinarse con otros quarks, transfiriendo su espín y otros rasgos cuánticos a sus partículas de desintegración. Los físicos observan y utilizan estos productos de desintegración para deducir la orientación del espín del quark top.

“Ahora podremos poner a prueba de nuevas maneras al Modelo Estándar de la física de partículas y buscar indicios de la nueva física que pueda estar más allá de él”, afirma Patricia McBride, portavoz de la Colaboración CMS, refiriéndose al logro de este entrelazamiento cuántico entre quarks top.

Los responsables del experimento y de los análisis posteriores exponen los detalles técnicos de todo ello en la revista académica Nature, bajo el título “Observation of quantum entanglement with top quarks at the ATLAS detector”. (Fuente: NCYT de Amazings)