Un nuevo experimento da pistas de que el entrelazamiento cuántico podría producirse en el interior de los protones

Los protones contienen partículas más pequeñas llamadas quarks y gluones. Datos experimentales sugieren que el entrelazamiento cuántico liga a éstas partículas unas con otras.

Los protones son complicados: estas partículas subatómicas están compuestas por partículas aún más pequeñas llamadas quarks y gluones. Ahora, información del Gran Colisionador de Hadrones ha revelado que los constituyentes del protón no se comportan independientemente. De hecho, están atados por enlaces cuánticos conocidos como entrelazamientos.

El entrelazamiento cuántico ha sido probado en escalas más grandes que el tamaño de un protón. En los experimentos, las partículas entrelazadas suelen tener un comportamiento bastante curioso: hay influencia instantánea entre unas y otras inclusive cuando las separan distancias de miles de kilómetros. Sin embargo, los científicos sospechan que el entrelazamiento ocurre también dentro de un protón, pese a que este fenómeno no se había demostrado experimentalmente en el interior de esta partícula, que tiene aproximadamente una billonésima parte de un milímetro.

“La idea es que el protón finalmente es una partícula que se rige por la mecánica cuántica que si tu la miras internamente se encuentra entrelazada”, afirma el físico teórico Piet Mulders, quien formó parte del experimento.

En el nuevo estudio, el equipo de investigadores analizó el choque entre protones, los cuales fueron acelerados a grandes velocidades y luego hechos chocar unos con otros en el Gran Colisionador de Hadrones de Ginebra. Posteriormente, los investigadores estudiaron la entropía que resultó del entrelazamiento entre las partes del protón. La entropía es una propiedad que depende del número de posibilidades que un sistema puede tomar a nivel microscópico. Una analogía puede ser un mazo de cartas: una baraja que ha sido barajada, tiene muchas maneras en la que podría ser ordenada, mientras que una baraja ordenada solamente tiene una, así que las cartas revueltas tienen mayor entropía.

Si el entrelazamiento existe dentro de un protón, entonces aquí habrá entropía adicional como resultado de esos vínculos. Esa entropía puede ser extraída contando el número de partículas producidas en cada colisión. La cantidad de entropía que los investigadores encontraron concuerda con aquella esperada asumiendo que los quarks y gluones estaban entrelazados.

La indicación de entrelazamiento cuántico no es definitiva para este experimento, ha comentado Stefan Floerchinger de la Universidad Heidelberg de Alemania, quien no participó en el estudio. Para confirmar que verdaderamente en ese experimento hubo entrelazamiento, se necesitan pruebas estrictas para descartar otras posibles explicaciones. De hecho, según el mismo Floerchinger, esta investigación es una especie de “abridor de puertas” que podría conducir a una mayor investigación que podría aclarar la física interna de los protones.  

Un rompecabezas que el trabajo futuro podría abordar es por qué los quarks siempre están confinados dentro de partículas más grandes y nunca son vistos fuera de ellas. Este confinamiento es el último ejemplo de entrelazamiento. De hecho, los quarks no pueden existir como estados aislados y siempre están conectados con sus compañeros.

Aunque esta propiedad de los quarks es bien conocida, no hay una explicación matemática fundamental, pero muchos físicos piensan ahora que estudiar el entrelazamiento cuántico en los protones ayudaría a explicar el enigma.