Los investigadores del CERN han logrado observar el entrelazamiento cuántico entre los “quarks top” y en las energías más altas. Esto se informó por primera vez en septiembre de 2023 y desde entonces se confirmó mediante una primera y una segunda observación. Los pares de “quarks top” producidos en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC) se utilizaron como un nuevo sistema para estudiar el entrelazamiento.
Los “quarks top” son las partículas fundamentales más pesadas. Se desintegran rápidamente transfiriendo su espín a las partículas de desintegración. La orientación del espín del quark top se infiere a partir de la observación de los productos de desintegración.
El equipo de investigación observó un entrelazamiento cuántico entre un “quark top” y su contraparte de antimateria a una energía de 13 teraelectronvoltios (1 TeV=1012 eV). Esta es la primera observación de entrelazamiento en un par de quarks (quark top y antiquark top) y la observación de entrelazamiento de mayor energía hasta el momento.
El entrelazamiento cuántico a altas energías ha permanecido en gran parte inexplorado. Este avance abre el camino a nuevos estudios.
En las partículas entrelazadas cuánticas, el estado de una partícula depende de las demás, independientemente de la distancia y del medio que las separa. El estado cuántico de una partícula no se puede describir independientemente del estado de las demás en el grupo de partículas entrelazadas. Cualquier cambio en una de ellas influye en las demás. Por ejemplo, un par de electrones y positrones que se originan a partir de la desintegración de un mesón pi están entrelazados. Sus espines deben sumar el espín del mesón pi; por lo tanto, al conocer el espín de una partícula, conocemos el espín de la otra partícula.
En 2022, el Premio Nobel de Física fue otorgado a Alain Aspect, John F. Clauser y Anton Zeilinger por sus experimentos con fotones entrelazados.
El entrelazamiento cuántico se ha observado en una amplia variedad de sistemas y ha encontrado aplicaciones en criptografía, metrología, información cuántica y computación cuántica.
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Referencias:
- CERN. Nota de prensa: Los experimentos del LHC en el CERN observan el entrelazamiento cuántico a la energía más alta hasta la fecha. Publicado el 18 de septiembre de 2024. Disponible en https://home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-cern-observe-quantum-entanglement-highest-energy-yet
- La colaboración ATLAS. Observación del entrelazamiento cuántico con quarks top en el detector ATLAS. Nature 633, 542–547 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07824-z
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| PARTÍCULAS FUNDAMENTALES – Una mirada rápida |
| Las partículas fundamentales se clasifican en fermiones y bosones según el espín. |
| [EN]. Los FERMIONES tienen espín en valores enteros de mitad impar (½, 3/2, 5/2, ….). Estos son partículas de materia que comprende todos los quarks y leptones. – seguir las estadísticas de Fermi-Dirac, – tienen un giro de medio entero impar – obedecen al principio de exclusión de Pauli, es decir, dos fermiones idénticos no pueden ocupar el mismo estado cuántico o la misma posición en el espacio con el mismo número cuántico. No pueden girar ambos en la misma dirección, pero sí pueden hacerlo en direcciones opuestas.  Los fermiones incluyen todos los quarks y leptones, y todas las partículas compuestas formadas por un número impar de estos. – Quarks = seis quarks (up, down, strange, charm, bottom y top). – Se combinan para formar hadrones como protones y neutrones. – No se puede observar fuera de los hadrones. – Leptones = electrones + muones + tau + neutrino + neutrino muón + neutrino tau. – ‘Electrones’, ‘quarks up’ y ‘quarks down’, los tres componentes más fundamentales de todo lo que existe en el universo. – Los protones y neutrones no son fundamentales, sino que están formados por 'quarks up' y 'quarks down', por lo tanto son partículas compuestasLos protones y los neutrones están formados por tres quarks: un protón consta de dos quarks “up” y un quark “down”, mientras que un neutrón contiene dos “down” y un quark “up”. “Up” y “down” son dos “sabores” o variedades de quarks. – Bariones Son fermiones compuestos de tres quarks, por ejemplo, los protones y los neutrones son bariones. – Hadrones están compuestos únicamente de quarks, por ejemplo, los bariones son hadrones. |
| [B]. Los BOSONES tienen espín en valores enteros (0, 1, 2, 3, ….) – Los bosones siguen la estadística de Bose-Einstein; tienen espín entero. – nombrado en honor a Satyendra Nath Bose (1894-1974), quien, junto con Einstein, desarrolló las ideas principales detrás de la termodinámica estadística de un gas de bosones. – no obedecen al principio de exclusión de Pauli, es decir, dos bosones idénticos pueden ocupar el mismo estado cuántico o la misma posición en el espacio con el mismo número cuántico. Ambos pueden girar en la misma dirección, – Los bosones elementales son el fotón, el gluón, el bosón Z, el bosón W y el bosón de Higgs. El bosón de Higgs tiene espín = 0, mientras que los bosones de calibración (es decir, el fotón, el gluón, el bosón Z y el bosón W) tienen espín = 1. – Las partículas compuestas pueden ser bosones o fermiones dependiendo de sus constituyentes. – Todas las partículas compuestas formadas por un número par de fermiones son bosones (porque los bosones tienen espín entero y los fermiones tienen espín medio entero impar). – Todos los mesones son bosones (porque todos los mesones están hechos de un número igual de quarks y antiquarks). Los núcleos estables con números de masa pares son bosones, por ejemplo, deuterio, helio-4, carbono -12, etc. – Los bosones compuestos tampoco obedecen al principio de exclusión de Pauli. – Varios bosones en el mismo estado cuántico se fusionan para formar “Condensado de Bose-Einstein (BEC).” |
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