Nuevo tipo de entrelazamiento permite ver dentro del núcleo atómico

Físicos del Brookhaven National Laboratory han encontrado una nueva forma de utilizar un colisionador de partículas para ver la forma y los detalles del interior de los núcleos atómicos.

El método, aplicado en el RHIC (Relativistic Heavy Ion Collider) se basa en partículas de luz que rodean a los iones de oro a medida que avanzan por el colisionador y en un nuevo tipo de entrelazamiento cuántico nunca visto hasta ahora.

A través de una serie de fluctuaciones cuánticas, las partículas de luz (también conocidas como fotones) interactúan con los gluones, partículas similares al pegamento que mantienen unidos a los quarks dentro de los protones y neutrones de los núcleos. Esas interacciones producen una partícula intermedia que decae rápidamente en dos "piones" de diferente carga. Midiendo la velocidad y los ángulos con los que estas partículas -positiva y negativa- chocan contra el detector STAR del RHIC, los científicos pueden retroceder para obtener información crucial sobre el fotón, y utilizarla para trazar la disposición de los gluones dentro del núcleo con mayor precisión que nunca.

"Esta técnica es similar a la forma en que los médicos utilizan la tomografía por emisión de positrones (PET) para ver lo que está sucediendo dentro del cerebro y otras partes del cuerpo", dijo el ex físico del Laboratorio Brookhaven James Daniel Brandenburg, miembro de la colaboración STAR que se unió a la Universidad Estatal de Ohio como profesor asistente en enero de 2023. "Pero en este caso, estamos hablando de mapear características a escala de femtómetros -cuatrillonésimas de metro-, el tamaño de un protón individual".

Aún más asombroso, dicen los físicos de STAR, es la observación de un tipo completamente nuevo de interferencia cuántica que hace posibles sus mediciones.

"Medimos dos partículas salientes y está claro que sus cargas son diferentes -son partículas diferentes-, pero vemos patrones de interferencia que indican que estas partículas están entrelazadas, o sincronizadas entre sí, aunque sean partículas distinguibles", afirma Zhangbu Xu, físico de Brookhaven y colaborador de STAR, en un comunicado.

El RHIC es una instalación en la que los físicos pueden estudiar los componentes básicos de la materia nuclear: los quarks y los gluones que forman los protones y los neutrones. Para ello, hacen chocar los 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 colisiones entre núcleos (también llamados iones) puede "fundir" los límites entre protones y neutrones individuales, de modo que los científicos pueden estudiar los quarks y los gluones tal y como existían en el universo primitivo, antes de que se formaran los protones y los neutrones.