Investigadores del Departamento de Energía de EE.UU. y de la Universidad de Stony Brook han realizado un avance significativo en la comprensión de la creación de partículas a través de colisiones de protones. Este estudio, publicado en la revista Physical Review Letters, establece por primera vez una conexión directa entre la entropía de entrelazamiento en las etapas iniciales de la formación de jets y la distribución de partículas que emergen a medida que el jet evoluciona.
Charles Joseph Naim, investigador asociado en el Centro de Fronteras en Ciencias Nucleares de la Universidad de Stony Brook, subraya que, a pesar de la extensa investigación, la relación entre las condiciones iniciales de un jet y su distribución final de partículas había permanecido elusiva. Este estudio ha permitido establecer esta conexión clave.
Entrelazamiento Cuántico y Formación de Jets
La evidencia se deriva de un análisis de las partículas de jet que emergen de colisiones de protones, capturadas por el experimento ATLAS en el Gran Colisionador de Hadrones (LHC), un acelerador de partículas de 27 kilómetros de circunferencia ubicado en el CERN. Durante estas colisiones, los componentes individuales de los protones, conocidos como quarks y gluones, se dispersan entre sí, liberando enormes cantidades de energía. Sin embargo, los quarks no pueden permanecer libres por mucho tiempo. Inmediatamente, comienzan a fragmentarse y re-conectarse a través de un proceso denominado fragmentación, lo que da lugar a la formación de nuevos partículas compuestas, conocidas como hadrones, que se desplazan como un jet.
El profesor Abhay Deshpande, coautor del estudio y director de ciencia del nuevo colisionador de electrones e iones en construcción en Brookhaven, explica que el equipo se propuso investigar si la distribución de los hadrones en el jet estaba influenciada por el nivel de entrelazamiento entre los quarks y gluones en el momento de la formación inicial del jet. Este enfoque se basa en investigaciones anteriores que revelaron una conexión entre el entrelazamiento de quarks y gluones en protones y la distribución general de partículas en colisiones de protones y electrones.
Los hallazgos apuntan a que existe un estado de entrelazamiento máximo entre los quarks y gluones que forman jets, lo que predice una relación entre la función de fragmentación del jet y la entropía de los hadrones que emergen. Esta entropía se observa como una gran variedad de hadrones, principalmente piones, kaones y protones, que impactan en el detector. La correspondencia observada entre la distribución de hadrones y las predicciones basadas en el entrelazamiento máximo sugiere un avance en nuestra comprensión de este fenómeno cuántico.
El estudio no solo ofrece una nueva perspectiva sobre el proceso de fragmentación a nivel cuántico, sino que también abre la puerta a futuras investigaciones sobre cómo el entrelazamiento cuántico influye en la formación de hadrones, especialmente en el contexto del nuevo colisionador de electrones e iones, que promete una precisión sin precedentes en el estudio de los efectos de entrelazamiento cuántico en colisiones de alta energía.
