Los físicos han hecho un descubrimiento innovador sobre la estructura interna de los protones, los bloques de construcción de los núcleos atómicos. Utilizando herramientas de información cuántica, han obtenido información sin precedentes sobre la compleja interacción de quarks y gluones, las partículas fundamentales que componen los protones.
La investigación, publicada en la revista Physical Review Letters el 5 de febrero de 2025, revela que el entrelazamiento cuántico juega un papel crucial en la dinámica interna del protón. Esto significa que los quarks y gluones dentro de un protón no son entidades independientes, sino que están intrincadamente vinculados, sus destinos entrelazados de una manera que desafía la física clásica.
Para sondear este entrelazamiento, los científicos realizaron experimentos en el Brookhaven National Laboratory, donde se intercambian fotones de alta energía durante las colisiones electrón-protón. Al analizar las partículas secundarias producidas en estas colisiones, los investigadores pudieron cartografiar los patrones de entrelazamiento dentro del protón.
Uno de los principales hallazgos es el concepto de entropía de entrelazamiento, que cuantifica la complejidad de los estados entrelazados. Esta entropía proporciona una forma medible de comprender el entrelazamiento entre las partículas constituyentes del protón. Los investigadores encontraron que la entropía de entrelazamiento no es cero, lo que indica que la estructura interna del protón es mucho más compleja de lo que se pensaba anteriormente.
Este descubrimiento tiene implicaciones significativas para nuestra comprensión de las interacciones nucleares fuertes, las fuerzas que unen quarks y gluones. Al dilucidar el papel del entrelazamiento en estas interacciones, los científicos esperan obtener una comprensión más profunda de la formación y la estabilidad de los núcleos atómicos.
Además, el marco de entrelazamiento desarrollado en este estudio tiene el potencial de mejorar los diseños experimentales futuros, particularmente a medida que entren en funcionamiento nuevos aceleradores de partículas, como el Electron-Ion Collider. Estas instalaciones proporcionarán a los investigadores herramientas aún más poderosas para sondear el interior de los protones y otras partículas.
La aplicación de la teoría de la información cuántica al estudio de los protones abre una nueva frontera en la física de partículas, prometiendo revolucionar nuestra comprensión de las fuerzas fundamentales que gobiernan la materia. A medida que la comunidad científica abraza estas revelaciones, está claro que la colaboración entre disciplinas es esencial para lograr avances sustanciales en nuestra comprensión de la naturaleza.