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Físicos nucleares descobriram uma nova maneira de ver detalhes dentro de núcleos atômicos. Eles fazem isso rastreando as interações entre partículas de luz e glúons – as partículas semelhantes a cola que mantêm unidas as unidades de prótons e nêutrons. O método baseia-se no aproveitamento de um novo tipo de interferência quântica entre duas partículas diferentes. Rastrear como essas partículas emaranhadas emergem das interações permite que os cientistas mapeiem o arranjo dos glúons.
Essa técnica é semelhante à forma como a tomografia por emissão de pósitrons (PET) escaneia imagens do cérebro e de outras partes do corpo, mas funciona na escala de femtômetros – quadrilionésimos de metro. Isso ajudará os cientistas a entender como os glúons constroem a estrutura de prótons, nêutrons e átomos que compõem a matéria visível. A medição de interferência quântica é entre partículas diferentes que atingem metros de distância no detector STAR. Essa descoberta pode levar a novas maneiras de aproveitar o emaranhamento quântico. Quase todas essas tentativas até o momento, inclusive no campo da computação quântica, exploraram o emaranhamento entre partículas idênticas.
Esta pesquisa usou o Relativistic Heavy Ion Collider (RHIC), uma instalação do usuário do Departamento de Energia do Departamento de Ciências que acelera e colide os núcleos de átomos como o ouro. Esses núcleos velozes são cercados por uma nuvem de fótons polarizados – partículas de luz. Por meio de uma série de flutuações quânticas, os fótons que cercam um íon em alta velocidade podem interagir com os glúons do outro. Ao rastrear a velocidade e os ângulos em que certas partículas emergem dessas interações, os cientistas podem medir a polarização do fóton com muita precisão. Isso permite que eles mapeiem a distribuição de glúons ao longo da direção de polarização e perpendicular a ela, resultando em uma distribuição de glúon mais precisa do que a medida anteriormente.
Para fazer essas medições, os cientistas rastrearam dois píons – um com carga positiva e outro com carga negativa. Cada um é composto de funções de onda combinadas de partículas emergentes de um processo de decaimento que ocorre dentro de cada um dos dois núcleos passando a uma “longa” distância (para núcleos). Os padrões de interferência entre as funções de onda dessas partículas indicaram que as partículas de carga oposta que atingem o detector STAR do RHIC estão emaranhadas ou em sincronia umas com as outras. Esta primeira observação experimental de interferência entre partículas diferentes torna possível medir a polarização do fóton – e pode abrir novos caminhos para aproveitar o emaranhamento quântico.
Este trabalho foi financiado pelo Departamento de Energia, Office of Science, programa de Física Nuclear, a US National Science Foundation e uma série de agências internacionais listadas no artigo publicado.
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