Los físicos han profundizado en el enigmático mundo del entrelazamiento cuántico y los quarks top, aportando un nuevo nivel de comprensión a un fenómeno que incluso Albert Einstein encontró desconcertante.
Esta increíble hazaña tiene el potencial de revolucionar nuestra comprensión del reino cuántico y sus implicaciones de largo alcance.
Persiste el entrelazamiento entre quarks top inestables
El experimento, realizado por un equipo de investigadores dirigido por Universidad de Rochester Regina Demina, profesora de física en el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERN), produjo un resultado significativo.
Por primera vez, observaron la persistencia de un entrelazamiento entre los quarks top inestables y sus compañeros de antimateria a distancias mayores de las que puede cubrir la información transferida a la velocidad de la luz.
«La confirmación del entrelazamiento cuántico entre las partículas fundamentales más pesadas, los quarks superiores, ha abierto una nueva vía para explorar la naturaleza cuántica de nuestro mundo en energías mucho más allá de lo que es accesible», informó la Colaboración Compact Muon Solenoid (CMS) del CERN.
Pesos pesados del mundo de partículas.
Los quarks top reinan como las partículas fundamentales más pesadas conocidas en el universo. Pertenecen a la familia de los quarks, que consta de seis “sabores”: arriba, abajo, encantador, extraño, superior e inferior.
Entre ellos, el quark top destaca por su masa excepcional, comparable a la de un átomo de oro.
Descubrimiento de los quarks principales.
Los científicos predijeron por primera vez la existencia de los quarks top en la década de 1970, pero tuvieron que pasar casi dos décadas hasta que la confirmación experimental.
En 1995, investigadores del Colisionador Fermilab Tevatron en Illinois, EE.UU., finalmente observaron quarks superiores en colisiones de partículas de alta energía.
Este descubrimiento completó las tres generaciones de quarks predichas por el Modelo Estándar de física de partículas.
Quarks principales: existencia efímera
Estas partículas tienen una vida útil extremadamente corta y se descomponen casi inmediatamente después de su creación.
Existen sólo durante unos 5×10^-25 segundos antes de transformarse en otras partículas, como los quarks inferiores o los bosones W.
Esta existencia fugaz hace que el estudio de los quarks top sea una tarea desafiante, que requiere aceleradores y detectores de partículas altamente sofisticados.
Principales quarks y el bosón de Higgs
Debido a su inmensa masa, los top quarks sólo pueden formarse en colisiones de partículas de alta energía. El Gran Colisionador de Hadrones (LHC) del CERN es una de las pocas instalaciones capaces de generar la energía necesaria para crear quarks top.
Al hacer colisionar protones a casi la velocidad de la luz, el LHC ofrece a los científicos una ventana al mundo de estas elusivas partículas.
Los quarks top desempeñan un papel crucial en el estudio del bosón de Higgs, otra partícula fundamental descubierta en el LHC en 2012.
El bosón de Higgs es responsable de dar masa a otras partículas y sus interacciones con los quarks top son de particular interés para los físicos.
Al estudiar estas interacciones, los investigadores pueden obtener conocimientos más profundos sobre la naturaleza de la masa y el funcionamiento interno del universo.
Puerta de entrada a la nueva física
Además de su papel en el modelo estándar, los quarks top sirven como una puerta de entrada potencial a la nueva física. Muchas teorías que van más allá del modelo estándar, como la supersimetría, predicen la existencia de nuevas partículas que podrían producirse en asociación con los quarks top.
Reino cuántico: Historia del rey superior y anti-superior
Para explicar el complejo concepto de entrelazamiento, Demina utilizó una inteligente analogía en un vídeo para los canales de redes sociales de CMS. Describió a un rey indeciso de una tierra lejana, a quien llamó “Rey Top”.
Cuando el rey cambia de opinión acerca de prepararse para una invasión, nadie sabe cuál será su próximo paso, excepto el líder de una aldea, conocido como «Anti-Top».
«Conocen el estado de ánimo de cada uno en un momento dado», explicó Demina.
Implicaciones para la ciencia de la información cuántica
El fenómeno del entrelazamiento se ha convertido en una piedra angular de la ciencia de la información cuántica, un campo en rápido crecimiento con vastas implicaciones para áreas como la criptografía y la computación cuántica.
Aunque es poco probable que los propios quarks top se utilicen en la construcción de ordenadores cuánticos debido a su inmensa masa y a las altas energías necesarias para producirlos, estudios como el de Demina podrían proporcionar información valiosa sobre la naturaleza y la duración del entrelazamiento.
Los teóricos creen que el universo estaba en un estado entrelazado después de su etapa inicial de rápida expansión. El nuevo resultado observado por Demina y su equipo podría ayudar a los científicos a comprender qué llevó a la pérdida de la conexión cuántica en nuestro mundo.
Al estudiar cuánto tiempo persiste el entrelazamiento, si se transmite a los productos de desintegración de partículas y qué es lo que finalmente rompe el entrelazamiento, los investigadores pueden obtener una comprensión más profunda de la naturaleza cuántica de nuestro universo.
El futuro del entrelazamiento cuántico y los quarks top
En resumen, este importante experimento dirigido por Regina Demina y su equipo en el CERN abrió nuevas vías para explorar el fascinante mundo del entrelazamiento cuántico.
Al observar la persistencia del entrelazamiento entre quarks top inestables a distancias increíbles, han dado un paso significativo hacia el desvelamiento de los misterios del reino cuántico.
Sus hallazgos arrojan luz sobre la naturaleza y la duración del entrelazamiento, al tiempo que allanan el camino para futuras investigaciones que podrían revolucionar nuestra comprensión del pasado cuántico del universo y su profundo impacto en campos como la ciencia de la información cuántica.
A medida que los físicos continúan ampliando los límites de lo que sabemos sobre el mundo cuántico, descubrimientos como estos nos acercan a descubrir los secretos de la aterradora conexión que se encuentra en el corazón de nuestra realidad.
Esfuerzo colaborativo
El grupo de investigación de Demina, formado por ella misma, el estudiante de posgrado Alan Herrera y el postdoctorado Otto Hindrichs, llevó a cabo su experimento en el CERN, el laboratorio de física de partículas más grande del mundo.
La producción de quarks superiores requiere las inmensas energías accesibles en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), donde se envían partículas de alta energía girando alrededor de una pista subterránea de 27 kilómetros a casi la velocidad de la luz.
El estudio completo fue publicado en Encuesta de análisis físico de CMS.
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