Os quarks top, ou quarks t, foram descobertos há apenas 30 anos. Elas são extremamente massivas em comparação com outras partículas elementares do Modelo Padrão. Isso os torna únicos e misteriosos, abrindo perspectivas para novas descobertas no campo da física – interações ou partículas desconhecidas. Ao desvendar os segredos dos quarks superiores, os cientistas foram capazes de emaranhar quânticamente os seus pares pela primeira vez, o que aconteceu no Grande Colisor de Hádrons sem resfriamento extremo do ambiente.
Representação artística de um par de quarks top emaranhados. Fonte da imagem: CERN
Até agora, os pesquisadores criaram emaranhados quânticos em partículas de luz em baixas energias. Geralmente eram fótons. O emaranhamento quântico significa que podemos reconhecer algumas das propriedades quânticas de uma partícula (como um fóton) a partir das propriedades detectáveis da outra partícula no par emaranhado, mesmo que a primeira esteja na borda do Universo. Neste caso, não ocorre nenhuma transferência de informação ou energia. Simplesmente tomamos consciência de certas características quânticas de um fóton de um par emaranhado.
Os quarks superiores são partículas de uma escala completamente diferente em termos de massa e energia. Eles foram os últimos dos seis tipos de quarks a serem descobertos. A massa de um quark top é 184 vezes a massa de um próton e, por exemplo, significativamente maior que a massa de um átomo de tungstênio. Enredar um par de quarks top significa atingir um nível de energia acima de 10 TeV (teraelétron-volt). No caso dos fótons ou outras partículas de luz (os fótons não têm massa), para evitar a destruição dos estados quânticos e o emaranhamento, os sistemas experimentais são resfriados ao zero absoluto para minimizar todas as vibrações internas. Este é um problema conhecido da computação quântica, que sofre de tempos de coerência curtos.
Isso não foi necessário para emaranhar pares de quarks superiores. Os autores do estudo da colaboração ATLAS criaram as condições necessárias para isso durante um experimento no colisor LHC. Um artigo sobre o trabalho foi publicado na revista Nature. Cientistas da colaboração CMS também fizeram um trabalho semelhante de forma independente, mas atualmente seu trabalho está disponível apenas no site de pré-impressão arXiv.orgc.
Os quarks top, devido às suas propriedades, provaram ser um objeto conveniente para estudar o emaranhamento usando meios relativamente simples em comparação com outros casos, e em um nível de energia completamente novo. Embora valha a pena reconhecer que o Grande Colisor de Hádrons dificilmente pode ser chamado de “ferramenta útil”, é improvável que isso permita que experimentos com quarks superiores sejam transferidos para o plano prático da computação quântica ou da criptografia em um futuro próximo. No entanto, estudar o emaranhamento quântico num nível de energia tão elevado não é apenas um passo em frente, é um avanço!