Los físicos han profundizado en el misterioso mundo del entrelazamiento cuántico y los quarks top, aportando un nuevo nivel de comprensión a un fenómeno que incluso Albert Einstein encontró desconcertante.
Esta asombrosa hazaña tiene el potencial de revolucionar nuestra comprensión del mundo cuántico y sus implicaciones de largo alcance.
Continúa el entrelazamiento entre quarks top inestables
El experimento fue realizado por un equipo de investigadores dirigido por Universidad de Rochester Regina DiMina es profesora de Física en el Centro Europeo de Investigación Nuclear (CERNLogró un resultado importante.
Por primera vez, observaron un entrelazamiento persistente entre los quarks superiores inestables y sus compañeros de antimateria en distancias mayores de las que puede cubrir la información transmitida a la velocidad de la luz.
«Confirmar el entrelazamiento cuántico entre las partículas fundamentales más pesadas, los quarks top, ha abierto un nuevo camino para explorar la naturaleza cuántica de nuestro mundo en energías mucho más allá de lo que de otro modo sería accesible», dijo la Colaboración Compact Muon Solenoid (CMS) del CERN.
Pesos pesados en el mundo de las 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, arriba y abajo.
Entre estos quarks, el quark top destaca por su masa excepcional, similar a la masa de un átomo de oro.
Descubrimiento de los quarks superiores
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 de Colisionador Fermilab Tevatron En Illinois, EE.UU., finalmente observaron quarks top en colisiones de partículas de alta energía.
Este descubrimiento completó las tres generaciones de quarks predichas por el Modelo Estándar de física de partículas.
Top quarks: una existencia efímera
Estas partículas tienen una vida útil muy corta y se descomponen casi inmediatamente después de su creación.
Existen sólo durante 5 x 10^-25 segundos antes de transformarse en otras partículas, como los quarks down o los bosones W.
Esta existencia transitoria hace que el estudio de los quarks top sea una tarea difícil, que requiere detectores y aceleradores de partículas altamente sofisticados.
Los quarks superiores y el bosón de Higgs
Debido a su enorme masa, los top quarks sólo pueden formarse mediante colisiones de partículas de alta energía. 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 una velocidad cercana a la de la luz, el Gran Colisionador de Hadrones (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 Gran Colisionador de Hadrones (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 más allá del modelo estándar, como la supersimetría, predicen la existencia de nuevas partículas que pueden coproducirse con los quarks top.
Reino cuántico: la historia del rey Top y el Anti-Top
Para explicar el complejo concepto de enredos, Demina utilizó una inteligente analogía en un vídeo de un sistema de gestión de contenidos (CMS) de los canales de redes sociales. Describió a un rey reacio de una tierra lejana, a quien llamó “Rey Top”.
Mientras el rey fluctúa en sus decisiones sobre los preparativos para la invasión, nadie sabe cuál será su próximo movimiento, excepto el líder de una de las aldeas, conocida como «Anti-Top».
«Conocen el estado de ánimo de cada uno en cada momento», explicó Demina.
Implicaciones para la ciencia de la información cuántica
El fenómeno del entrelazamiento se ha convertido en la piedra angular de la ciencia de la información cuántica, un campo en rápido crecimiento con amplias implicaciones en áreas como la criptografía y la computación cuántica.
Si bien es poco probable que los quarks top se utilicen para construir computadoras cuánticas debido a su enorme masa y las altas energías necesarias para producirlos, estudios como el de DeMena 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 la fase inicial de rápida expansión. El nuevo hallazgo observado por DeMenna y su equipo podría ayudar a los científicos a comprender qué condujo a la pérdida de comunicación cuántica en nuestro universo.
Al estudiar cuánto dura el entrelazamiento, si pasa a 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 definitiva, este importante experimento realizado por Regina DeMina y su equipo en la Organización Europea para la Investigación Nuclear (CERN) ha abierto nuevos horizontes para explorar el fascinante mundo del entrelazamiento cuántico.
Al observar el entrelazamiento persistente entre quarks top inestables a distancias increíbles, han dado un paso importante hacia el desvelamiento de los secretos del mundo 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 temible conectividad que se encuentra en el corazón de nuestra realidad.
Esfuerzo colaborativo
El grupo de investigación de DeMena, compuesto por el estudiante graduado Alan Herrera y el becario postdoctoral Otto Hendricks, 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 enormes energías accesibles en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), donde se envían partículas de alta energía orbitando un camino subterráneo de 17 millas de largo a casi la velocidad de la luz.
El estudio completo fue publicado en Encuesta de análisis de física de CMS.
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