Investigadores han hallado la primera evidencia experimental de interferencias cuánticas entre quarks y gluones en el interior de los protones, un fenómeno predicho teóricamente pero nunca antes observado. Este descubrimiento sugiere que la estructura cuántica de los protones es mucho más profunda de lo que la física clásica había asumido, ofreciendo nuevas perspectivas sobre la composición de estas partículas subatómicas.
Durante décadas, el conocimiento sobre la estructura interna de los protones se ha basado en la física clásica. Sin embargo, desde hace más de un siglo, se sabe que la física cuántica ofrece la descripción más precisa del mundo de las partículas. Los modelos tradicionales tratan a los quarks y los gluones, las partículas que residen en los protones, como entidades esencialmente independientes. Esta descripción implica que cada una contribuye con una fracción del momento total del protón con una probabilidad específica. Aunque esta aproximación es funcional en la práctica, no capta las correlaciones cuánticas entre estas partículas, y en realidad, los quarks y los gluones son objetos inherentemente cuánticos. Esto significa que pueden existir superposiciones entre ellos y comportarse como un sistema entrelazado único.
Hasta hace poco, era muy difícil verificar experimentalmente la caracterización cuántica de estas partículas. Afortunadamente, los aceleradores modernos permiten a los físicos abordar su estudio desde una perspectiva innovadora. Recientemente, tres investigadores han confirmado un hallazgo fascinante: el protón tiene una naturaleza cuántica mucho más profunda de lo que se había pensado.
Los físicos Alexey Vladimirov, de la Universidad Complutense de Madrid; Guillermo Portela, de DESY Hamburgo (Alemania); y Simone Rodini, de la Università degli Studi di Pavia (Italia), han publicado un artículo en Physical Review Letters en el que demuestran haber encontrado la primera evidencia experimental de un tipo de interferencia cuántica entre los quarks y los gluones del protón. Este fenómeno había sido predicho por la teoría, pero hasta ahora no se había observado experimentalmente.
De hecho, el logro de estos tres científicos radica en haber obtenido por primera vez esta evidencia experimental a partir de los datos recolectados por los aceleradores de partículas. Una de las conclusiones a las que han llegado es que las magnitudes que codifican la interferencia cuántica entre los quarks y los gluones son funciones de distribución muy diferentes de las habituales. Esto es, precisamente, lo que les ha llevado a aceptar que la naturaleza cuántica del protón es más compleja de lo que se había observado experimentalmente hasta ahora. Curiosamente, los físicos tardaron en llegar a esta descripción porque habían aceptado, basándose en preceptos clásicos, la existencia de una estructura bidimensional que, en realidad, no es tal.
Este nuevo conocimiento sobre la estructura interna de los protones es importante porque arroja nueva luz sobre la crisis del espín del protón. Los quarks solo explican entre el 4% y el 24% del espín total del protón, y ahora los físicos saben que también está determinado por el espín de los gluones y el momento angular orbital de los quarks y los gluones. Es mucha información nueva, y lo más importante, como se ha visto, se sustenta en datos experimentales y no únicamente en modelos teóricos. Aun así, los autores de este artículo reconocen que los datos actuales no son suficientes para identificar qué modelo teórico explica mejor cómo se distribuye la interferencia dentro del protón.
