Los científicos proponen un nuevo método para buscar desviaciones del Modelo Estándar de física.

29 de noviembre de 2023

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por Whitney Clavin, del Instituto de Tecnología de California

En la búsqueda de nuevas partículas y fuerzas en la naturaleza, los físicos están buscando comportamientos dentro de los átomos y las moléculas que están prohibidos por el probado y verdadero Modelo Estándar de la física de partículas. Cualquier desviación de este modelo podría indicar lo que los físicos cariñosamente se refieren como 'nueva física'.

El profesor asistente de física de Caltech, Nick Hutzler, y su grupo están persiguiendo tipos específicos de desviaciones que ayudarían a resolver el misterio de por qué hay tanta materia en nuestro universo. Cuando nuestro universo nació hace aproximadamente 14 mil millones de años, se cree que la materia y su pareja, la antimateria, existían en igual medida.

Por lo general, la materia y la antimateria se anulan entre sí, pero existía algún tipo de asimetría entre los diferentes tipos de partículas que causó que la materia predominara sobre la antimateria. El grupo de Hutzler utiliza experimentos en laboratorios para buscar violaciones de simetría, es decir, comportamientos de partículas desviadas que llevaron a nuestro universo dominado por la materia sesgada.

Ahora, en un informe publicado en Physical Review Letters, el equipo, liderado por Chi Zhang, el investigador asociado postdoctoral David y Ellen Lee en Física en Caltech, ha descubierto una forma de mejorar sus estudios utilizando el entrelazamiento, un fenómeno en la física cuántica mediante el cual dos partículas remotas pueden permanecer conectadas incluso sin estar en contacto directo. El estudio se titula 'Quantum-Enhanced Metrology for Molecular Symmetry Violation using Decoherence-Free Subspaces'.

En este caso, los investigadores desarrollaron un nuevo método para entrelazar matrices de moléculas, que sirven como sondas para medir las violaciones de simetría. Al entrelazar las moléculas, las matrices se vuelven menos sensibles al ruido de fondo que puede interferir con el experimento y más sensibles a la señal deseada.

'Es como anclar un montón de patitos de goma juntos', dice Hutzler. 'Si quisieras medir el movimiento de los patitos a través de una bañera, serían menos sensibles al ruido de fondo del agua salpicada si los conectas todos. Y serían más sensibles a algo que quieras medir, como el flujo de una corriente, ya que todos responderían a él colectivamente'.

'Queremos ser sensibles a la estructura de las moléculas', dice Zhang. 'Los campos eléctricos y magnéticos no controlados de la configuración experimental se interponen en nuestro camino, pero ahora tenemos un nuevo protocolo para entrelazan las moléculas de tal manera que se vuelven menos sensibles al ruido'.

Más específicamente, este nuevo método se puede utilizar para buscar pequeñas inclinaciones en los electrones que pueden ocurrir en respuesta a campos eléctricos dentro de las moléculas. 'Las ligeras rotaciones indicarían que los electrones o los espines nucleares están interactuando con campos eléctricos, y eso está prohibido según el Modelo Estándar', dice Hutzler.

'Otros enfoques que utilizan el entrelazamiento normalmente aumentarían la sensibilidad al ruido', agrega. 'Chi ha descubierto una forma de reducir el ruido al tiempo que nos brinda una ganancia de sensibilidad a partir del entrelazamiento'.

Un estudio experimental reciente diferente publicado en Science, liderado por Hutzler y John M. Doyle de la Universidad de Harvard, mostró que las moléculas poliatómicas utilizadas en este tipo de estudios tienen otras habilidades únicas para protegerse del ruido electromagnético, aunque sin el aumento de sensibilidad del entrelazamiento.

En ese estudio, los investigadores demostraron que pueden ajustar la sensibilidad de la molécula a campos externos y, de hecho, hacer que la sensibilidad desaparezca, lo que hace que las moléculas sean en gran medida inmunes al ruido.

“Con las ventajas del entrelazamiento, los investigadores pueden llevar estos experimentos a investigar sectores cada vez más exóticos de la nueva física”, dice Hutzler.

Información de la revista: Physical Review Letters , Science

Proporcionado por el Instituto de Tecnología de California