En la búsqueda de nuevas partículas y fuerzas en la naturaleza, los físicos buscan comportamientos dentro de los átomos y 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 llaman cariñosamente "nueva física".
El profesor asistente de física de Caltech, Nick Hutzler, y su grupo están buscando tipos específicos de desviaciones que ayudarían a resolver el misterio de por qué hay tanta materia en nuestro universo. Cuando nuestro universo nació hace unos 14 mil millones de años, se cree que la materia y su compañera, la antimateria, existían en igual medida.
Normalmente, la materia y la antimateria se anulan entre sí, pero existía algún tipo de asimetría entre los diferentes tipos de partículas que hacía que la materia prevaleciera sobre la antimateria. El grupo de Hutzler utiliza experimentos de mesa para buscar violaciones de simetría:los comportamientos desviados de las partículas que llevaron a nuestro universo desequilibrado dominado por la materia.
Ahora, informar en Cartas de revisión física , el equipo, dirigido por Chi Zhang, investigador asociado postdoctoral en física de David y Ellen Lee en Caltech, ha descubierto una manera de mejorar sus estudios mediante el uso del entrelazamiento, un fenómeno de la física cuántica mediante el cual dos partículas remotas pueden permanecer conectadas incluso sin estar en contacto directo. El estudio se titula "Metrología mejorada cuánticamente para la violación de la simetría molecular utilizando subespacios libres de decoherencia".
En este caso, los investigadores desarrollaron un nuevo método para entrelazar conjuntos 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 unir un montón de patitos de goma", dice Hutzler. "Si quisieras medir el movimiento de los patitos a través de una bañera, serían menos sensibles al ruido de fondo de las salpicaduras de agua si los conectaras por completo. Y serían más sensibles a algo que quizás quieras medir, como el flujo de agua. una corriente ya que todos responderían a ella colectivamente."
"Queremos ser sensibles a la estructura de las moléculas", dice Zhang. "Los campos eléctricos y magnéticos incontrolados de la configuración experimental interfieren con nuestras mediciones, pero ahora tenemos un nuevo protocolo para entrelazar las moléculas de tal manera que las hagas 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", añade. "Chi ha descubierto una manera de reducir el ruido y al mismo tiempo darnos una ganancia de sensibilidad ante el enredo".
Un estudio experimental reciente diferente publicado en Science , dirigido por Hutzler y John M. Doyle de la Universidad de Harvard, demostró que las moléculas poliatómicas utilizadas en este tipo de estudios tienen otras capacidades únicas para protegerse del ruido electromagnético, aunque sin el aumento de sensibilidad que produce el 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, volviendo así a las moléculas en gran medida inmunes al ruido.
"Con las ventajas del entrelazamiento, los investigadores pueden impulsar estos experimentos para explorar sectores cada vez más exóticos de la nueva física", afirma Hutzler.
Más información: Chi Zhang et al, Metrología mejorada cuántica para la violación de la simetría molecular utilizando subespacios libres de decoherencia, Cartas de revisión física (2023). DOI:10.1103/PhysRevLett.131.193602
Loïc Anderegg et al, Control cuántico de moléculas poliatómicas atrapadas para búsquedas de eEDM, Ciencia (2023). DOI:10.1126/ciencia.adg8155
Información de la revista: Cartas de revisión física , Ciencia
Proporcionado por el Instituto de Tecnología de California
