Pesquisadores do Laboratório Nacional Brookhaven, nos Estados Unidos, realizaram um avanço notável na física subatômica ao mapear como o entrelaçamento quântico afeta as interações fundamentais dentro de prótons. Utilizando dados de colisões de alta energia e conceitos de ciência da informação quântica, o estudo revelou como quarks e glúons — as partículas que formam os prótons — estão conectados de forma intrínseca em escalas minúsculas, inferiores a um quadrilionésimo de metro. Os resultados, publicados na Reports on Progress in Physics, lançam luz sobre um fenômeno fundamental, anteriormente tratado de forma teórica, mas agora detectado experimentalmente.
O que é o entrelaçamento quântico e sua relação com os prótons?
O entrelaçamento quântico é um fenômeno no qual partículas compartilham estados quânticos interdependentes, mesmo quando separadas por grandes distâncias. Albert Einstein descreveu o fenômeno como “ação fantasmagórica à distância”, e ele é um dos pilares da mecânica quântica. No contexto do estudo, os pesquisadores demonstraram que quarks e glúons dentro dos prótons estão em estados emaranhados, o que influencia diretamente como essas partículas interagem e se comportam durante colisões de alta energia.
Essa conexão quântica impacta a entropia das partículas resultantes dessas colisões. Dmitri Kharzeev, um dos autores do estudo, explicou que, para estados maximamente emaranhados, há uma relação matemática simples que permite prever a entropia das partículas produzidas. Isso representa um avanço na compreensão das dinâmicas nucleares em escalas extremamente pequenas.
Metodologia e descobertas
Os pesquisadores analisaram os dados experimentais provenientes de colisões realizadas em aceleradores de partículas de alta energia. Pela primeira vez, foi possível observar evidências claras do entrelaçamento quântico nos quarks e glúons dentro de prótons, algo que nunca havia sido medido diretamente. Zhoudunming (Kong) Tu, coautor do estudo, destacou que o trabalho introduz uma nova abordagem para analisar o entrelaçamento em experimentos de colisões nucleares, utilizando ferramentas de informação quântica para explorar fenômenos físicos que ocorrem em escalas subatômicas.
A análise também demonstrou que o entrelaçamento quântico não é apenas um fenômeno estático, mas afeta dinâmicas complexas, como as distribuições de energia e a direção das partículas emergentes das colisões.
Impactos na física nuclear e expectativas futuras
A descoberta tem implicações profundas para o entendimento de como as propriedades dos prótons são influenciadas por seu ambiente quântico e nuclear. Essa pesquisa inaugura uma nova fase na exploração da matéria em escalas fundamentais, ajudando a responder questões ainda abertas na física de partículas, como as interações entre quarks e glúons dentro de núcleos atômicos maiores.
Os cientistas agora planejam expandir essas investigações no futuro Colisor de Íons e Elétrons, previsto para entrar em operação na década de 2030. Este acelerador permitirá examinar como os prótons, quando inseridos em ambientes nucleares maiores, têm suas propriedades modificadas pelo entrelaçamento quântico.
Além disso, a pesquisa pode abrir caminho para avanços em áreas como computação quântica e tecnologias que dependem do controle de estados quânticos. O estudo reforça a ideia de que o entrelaçamento quântico não é apenas um conceito abstrato, mas uma característica intrínseca da matéria que influencia os alicerces do universo.
Com esse avanço, a física nuclear está um passo mais perto de compreender plenamente os mecanismos quânticos que regem a composição e as interações da matéria, oferecendo novas possibilidades tecnológicas e científicas para o futuro.