Científicos del CERN observan entrelazamiento cuántico entre bosones Z en el Gran Colisionador de Hadrones

Un equipo internacional de científicos del CERN encontró la primera evidencia de que el entrelazamiento cuántico —ese vínculo que une a dos partículas de por vida— también ocurre a escalas de energía extrema. El hallazgo, logrado con el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), se detectó en bosones Z que aparecen cuando un bosón de Higgs se desintegra.

El descubrimiento corre por cuenta de las colaboraciones ATLAS y CMS, los dos grandes detectores de partículas del LHC. Ambos analizaron las desintegraciones del bosón de Higgs y hallaron, de forma independiente, señales claras de entrelazamiento entre dos bosones Z. Es una de las confirmaciones de este fenómeno registradas a mayor energía hasta ahora.

¿De qué se trata? El entrelazamiento cuántico es un fenómeno que Albert Einstein se resistía a aceptar: dos partículas quedan ligadas para siempre, y lo que le pasa a una repercute al instante en la otra, sin importar la distancia que las separe. Se había comprobado en partículas de baja energía, como fotones de luz visible o infrarroja. Ahora también se ve en partículas de energía extrema.

La clave del experimento está en el espín, una propiedad cuántica. Los bosones Z pueden adoptar tres estados de espín (-1, 0 o +1). Cuando dos de ellos nacen del decaimiento de un bosón de Higgs —cuyo espín suma cero—, sus estados deben compensarse: si uno marca +1, el otro necesariamente marca -1. Como los bosones Z son inestables y se desintegran casi al instante, los investigadores rastrearon su paso por los detectores a través de los pares de electrones o muones en que se convierten, y reconstruyeron sus propiedades de espín mediante análisis estadísticos.

Según informó el CERN, el entrelazamiento de partículas de energía extremadamente alta es muy distinto al de baja energía. Antes, ATLAS y CMS ya habían detectado este vínculo en los quarks top, las partículas fundamentales más pesadas.

El bosón Z transporta una de las fuerzas invisibles del universo, la fuerza débil, responsable, por ejemplo, de la radiactividad. Indagar si puede entrelazarse ayuda a comprender cómo actúa esa fuerza en condiciones de energía extrema, parecidas a las de los primeros instantes del universo.

Más allá de la física teórica, el hallazgo tiene una derivada práctica: el entrelazamiento es un pilar de las computadoras cuánticas, donde permite manipular varios qubits a la vez en lugar de uno por uno, multiplicando la capacidad de cálculo.