Un grupo internacional de físicos ha obtenido evidencias sólidas de entrelazamiento cuántico entre un par de bosones Z generados a partir de la desintegración de un bosón de Higgs. El hallazgo constituye la primera medición de este fenómeno en partículas elementales conocidas como ‘qutrits’ y ofrece nuevas perspectivas sobre el comportamiento de las partículas virtuales.
Un fenómeno cuántico en partículas de tres estados
El entrelazamiento cuántico ocurre cuando las propiedades físicas de dos partículas quedan vinculadas de manera que no pueden describirse de forma independiente, sin importar la distancia que las separe. La medición realizada sobre una de las partículas revela instantáneamente información sobre la otra.
A diferencia de otras partículas subatómicas utilizadas previamente en experimentos similares, los bosones Z poseen tres estados de espín posibles. Esta propiedad los clasifica como ‘qutrits’ en la informática cuántica, ampliando la comprensión de la física fundamental más allá de los sistemas binarios tradicionales o ‘qubits’.
El papel del bosón de Higgs y la materia virtual
La formación de este par de bosones requiere condiciones particulares. Dado que el bosón de Higgs carece de espín, las partículas resultantes deben adoptar combinaciones de espín que conserven el estado nulo original. Sin embargo, la masa del bosón de Higgs (aproximadamente 125 GeV) es insuficiente para generar dos bosones Z reales al mismo tiempo, los cuales pesan unos 91 GeV cada uno.
Para compensar el déficit energético, al menos uno de los bosones Z producidos es una partícula virtual: una manifestación cuántica extremadamente efímera que habitualmente no puede observarse de forma directa. La detección de entrelazamiento sugiere que estas entidades virtuales participan activamente en interacciones cuánticas fundamentales.
Reconstrucción a partir de escombros subatómicos
Medir el espín de un bosón Z presenta un desafío técnico mayúsculo, ya que estas partículas se desintegran en apenas 3 x 10⁻²⁵ segundos. Para reconstruir sus propiedades, los investigadores rastrearon las trayectorias de los leptones (electrones o muones) producidos tras la descomposición.
A partir del análisis de las rutas tomadas por cuatro leptones en aproximadamente 400 eventos de colisión, los científicos lograron deducir la orientación original de los espines. El análisis estadístico arrojó una significación de 4,7 sigma, un nivel muy próximo al umbral de 5 sigma que exige la comunidad científica para declarar formalmente un descubrimiento en física de partículas.
