MADRID, 31 mar. (EUROPA PRESS) -
Um estudo internacional com a participação do Conselho Superior de Pesquisas Científicas (CSIC), órgão vinculado ao Ministério da Ciência, Inovação e Universidades, observou pela primeira vez o entrelaçamento entre partículas reais e virtuais.
Assim, o experimento “ATLAS” do CERN utilizou o Grande Colisor de Hádrons (LHC) para estudar o entrelaçamento quântico de dois bósons Z produzidos no processo de desintegração de um bóson de Higgs. A equipe de pesquisa que liderou a análise é composta por membros das universidades de Yale e Michigan (EUA) e Oxford (Reino Unido).
“As partículas virtuais são partículas que não cumprem a relação relativista entre massa, energia e momento. E, por isso, nunca existem de forma real e mensurável, embora seus efeitos sejam reais e mensuráveis”, explica Juan Antonio Aguilar Saavedra, pesquisador do CSIC no Instituto de Física Teórica (IFT) e participante do estudo. Os bósons W virtuais são, por exemplo, responsáveis pelas desintegrações nucleares, que podemos observar embora nunca possamos medir os bósons virtuais diretamente.
Esta medição do 'ATLAS' também apresenta outra novidade, pois é a primeira vez que se obtém evidência do entrelaçamento entre qutrits elementares. Um qutrit é uma unidade básica de informação quântica que possui três estados possíveis, o que permite maior capacidade de processamento e armazenamento por unidade do que um qubit (com dois estados), detalha o CSIC.
“O CSIC, por meio do IFT, contribuiu ativamente para que esses resultados fossem possíveis hoje”, destaca Aguilar. O pesquisador, juntamente com José Alberto Casas e Jesús María Moreno, também do IFT, publicaram desde 2023 diversos estudos que apontavam para a possibilidade de alcançar essa medida, um objetivo que há alguns anos nem sequer era contemplado.
Dessa forma, a colaboração 'ATLAS' apresentou pela primeira vez evidências do entrelaçamento quântico entre partículas reais e virtuais usando dados obtidos no Grande Colisor de Hádrons (LHC). Concretamente, foi estudado o entrelaçamento de spin entre dois bósons Z (mediadores da interação eletrofraca) produzidos na desintegração de um bóson de Higgs. A interação eletrofraca unifica o eletromagnetismo e a força nuclear fraca, e é responsável, por exemplo, pelas desintegrações nucleares.
“A teoria da relatividade proíbe que, em uma desintegração, as partículas finais tenham massa maior do que a partícula inicial. Na desintegração do bóson de Higgs em dois bósons Z, um deles deve, portanto, ter uma 'massa' menor do que a que lhe corresponde e é, portanto, virtual”, explica Aguilar.
Os bósons Z, juntamente com os bósons W, são as únicas partículas elementares com três possíveis estados de polarização (qutrits). Este estudo, o primeiro com qutrits, é um passo fundamental na pesquisa da mecânica quântica na fronteira da energia.
COMO VER O INVISÍVEL?
A desintegração do bóson de Higgs (espín zero) produz dois bósons Z com espíns altamente entrelaçados. Mas um dos bósons não é real, e o outro tem um tempo de vida médio de cerca de 10?²5 segundos; por isso, os pesquisadores responderam à questão de como é possível, então, obter evidências desse entrelaçamento de espín.
"A resposta é estudar o rastros do entrelaçamento quântico nos produtos finais da desintegração. Ambos os bósons se desintegram quase imediatamente, dando origem a pares de leptões ou quarks, que são detectáveis no experimento. Concretamente, a colaboração 'ATLAS' estudou as desintegrações em 4 leptões carregados, elétrons ou múons. Por meio da análise da distribuição espacial dessas partículas, é possível inferir as propriedades dos bósons Z que as produziram, incluindo o bóson Z virtual que nunca poderia ser observado diretamente”, destaca Aguilar.
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