El entrelazamiento cuántico es una relación en la que dos partículas no pueden describirse como sistemas independientes; ATLAS encontró evidencia de esa relación entre un bosón Z real y otro virtual asociados a la desintegración de un bosón de Higgs. El resultado se apoya en reconstruir las propiedades de los Z a partir de las partículas que producen al desintegrarse.
Cómo reconstruye ATLAS los bosones Z
Un bosón Z virtual no se detecta directamente: sus propiedades se infieren a partir de sus efectos y de sus productos de desintegración. En el análisis, cada Z se desintegra en un par de electrones o en un par de muones. ATLAS usa las direcciones de esas cuatro partículas, llamadas leptones, para reconstruir las propiedades de los bosones.
La diferencia entre un Z real y uno virtual se entiende a partir de las masas implicadas. El bosón de Higgs tiene una masa aproximada de 125 GeV; un Z real, de unos 91 GeV. Dos Z reales sumarían cerca de 182 GeV, más que la masa del Higgs. En la desintegración estudiada, uno de los Z es virtual y tiene una masa efectiva menor. El Z real también se desintegra antes de llegar al detector: su vida media es de unos 3 × 10⁻²⁵ segundos.
El canal de cuatro leptones es poco frecuente. Juan Antonio Aguilar-Saavedra, coautor del estudio, indica en un vídeo del Instituto de Física Teórica IFT que aparece aproximadamente una vez por cada 10.000 eventos de Higgs.
Qué significa una significación de 4,7σ
La significación comunicada para descartar la hipótesis de que no hay entrelazamiento es de 4,7σ. En física de partículas se suele citar 5σ como umbral tradicional para hablar de una observación; por eso, este resultado se describe como evidencia fuerte, no como un descubrimiento.
El entrelazamiento significa que las mediciones de ambas partículas están correlacionadas y que su estado conjunto no se reduce a dos estados independientes. Aunque esas correlaciones pueden ser llamativas, no permiten enviar mensajes controlados más rápido que la luz.
Por qué el bosón Z es un qutrit
El bosón Z tiene espín 1 y tres estados de espín posibles. En información cuántica, un sistema con tres estados se llama qutrit; uno con dos estados se llama qubit. El resultado se presenta como la primera evidencia de entrelazamiento entre qutrits formados por partículas elementales.
La medición reconstruye indirectamente el espín del Z virtual y aporta evidencia de que está entrelazado con el del Z real. La interpretación de las partículas virtuales como entidades independientes sigue siendo una cuestión filosófica.
