Los físicos nucleares han encontrado una nueva forma de ver los detalles dentro de los núcleos atómicos. Lo hacen mediante el seguimiento de las interacciones entre las partículas de luz y los gluones, las partículas similares al pegamento que mantienen unidos los componentes básicos de los protones y los neutrones. El método se basa en aprovechar un nuevo tipo de interferencia cuántica entre dos partículas diferentes. El seguimiento de cómo emergen estas partículas entrelazadas de las interacciones permite a los científicos trazar un mapa de la disposición de los gluones.
Esta técnica es similar a cómo la tomografía por emisión de positrones (PET, por sus siglas en inglés) escanea imágenes del cerebro y otras partes del cuerpo, pero funciona en la escala de femtómetros, una cuadrillonésima parte de un metro. Ayudará a los científicos a comprender cómo los gluones construyen la estructura de los protones, los neutrones y los átomos que forman la materia visible. La medición de la interferencia cuántica es entre partículas diferentes que golpean a metros de distancia en el detector STAR. Este descubrimiento podría conducir a nuevas formas de aprovechar el entrelazamiento cuántico. Casi todos esos intentos hasta la fecha, incluso en el campo de la computación cuántica, han explorado el entrelazamiento entre partículas idénticas.
Esta investigación utilizó el colisionador de iones pesados relativistas (RHIC), una instalación de usuario de la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía que acelera y colisiona los núcleos de átomos como el oro. Estos núcleos acelerados están rodeados por una nube de fotones polarizados, partículas de luz. A través de una serie de fluctuaciones cuánticas, los fotones que rodean a un ion acelerado pueden interactuar con los gluones del otro. Al rastrear la velocidad y los ángulos en los que emergen ciertas partículas de estas interacciones, los científicos pueden medir la polarización de los fotones con mucha precisión. Esto les permite trazar un mapa de la distribución de gluones tanto a lo largo de la dirección de polarización como perpendicular a ella, lo que da como resultado una distribución de gluones más precisa que la medida anteriormente.
Para realizar estas mediciones, los científicos rastrearon dos piones, uno con carga positiva y el otro con carga negativa. Cada uno está formado por funciones de onda combinadas de partículas que emergen de un proceso de descomposición que ocurre dentro de cada uno de los dos núcleos que pasan a una distancia «larga» (para los núcleos). Los patrones de interferencia entre las funciones de onda de estas partículas indicaron que las partículas con carga opuesta que golpean el detector STAR de RHIC están enredadas o sincronizadas entre sí. Esta primera observación experimental de la interferencia entre partículas diferentes hace posible medir la polarización del fotón y puede abrir nuevas vías para aprovechar el entrelazamiento cuántico.
Este trabajo fue financiado por la Oficina de Ciencias del Departamento de Energía, el programa de Física Nuclear, la Fundación Nacional de Ciencias de EE. UU. y una variedad de agencias internacionales enumeradas en el documento publicado.
