ATLAS halla evidencia de entrelazamiento entre bosones Z nacidos del Higgs

Dos partículas que nacen en un mismo proceso pueden conservar una relación cuántica que no se ve a simple vista. El experimento ATLAS, uno de los grandes detectores del Gran Colisionador de Hadrones (LHC), encontró evidencia fuerte de esa relación —el entrelazamiento cuántico— entre pares de bosones Z producidos cuando se desintegra un bosón de Higgs.

El entrelazamiento no significa que una partícula envíe una señal a la otra. Describe, en cambio, un sistema en el que los resultados posibles de ciertas mediciones están correlacionados de una manera que no puede explicarse tratando a las dos partículas como objetos completamente independientes. Es una de las propiedades más características de la mecánica cuántica y se ha estudiado muchas veces con partículas de baja energía. Observarla en los productos fugaces de choques de muy alta energía plantea un desafío experimental distinto.

Los bosones Z son portadores de la interacción débil, una de las fuerzas fundamentales de la naturaleza. Viven un tiempo extremadamente corto y no llegan directamente al detector. Para reconstruirlos, el equipo buscó sus desintegraciones en pares de electrones o de muones: esas partículas sí dejan trayectorias y energía medibles. A partir de dos pares de esas huellas, los investigadores infirieron las propiedades de espín de los dos bosones Z originales.

El espín es una propiedad cuántica que puede pensarse, de forma incompleta, como un tipo de momento angular. En este caso es relevante porque el bosón de Higgs tiene espín cero. Cuando se transforma en dos bosones Z, los valores de espín de ambos deben guardar una relación compatible con ese estado inicial. ATLAS examinó las distribuciones angulares de los productos de desintegración para determinar si las correlaciones observadas encajaban mejor con un estado entrelazado que con una descripción de partículas separables.

El análisis, publicado en Physical Review Letters, desfavorece la hipótesis de estados separables con una significación de 4,7 desviaciones estándar bajo los supuestos usados en el test. Es una evidencia fuerte, pero no una demostración absoluta: la conclusión depende de los datos disponibles, de la reconstrucción de las partículas y del marco estadístico con el que se comparan las hipótesis. Además, el resultado se refiere a los pares de bosones Z producidos en este canal particular de desintegración del Higgs, no a todos los sistemas cuánticos.

El hallazgo convierte al Higgs en una nueva herramienta para explorar la mecánica cuántica en condiciones que no se pueden reproducir fuera de aceleradores como el LHC. Con más colisiones y mejores mediciones, los físicos podrán precisar estas correlaciones y probar con mayor detalle cómo se comportan las partículas elementales cuando la energía alcanza escalas extremas.