✨︎ Resumen (TL;DR):
- ATLAS encontró evidencia de que los espines de los dos bosones Z nacidos de la desintegración de un Higgs están entrelazados; al menos uno es virtual.
- La señal alcanzó 4.7 sigma, por debajo de las 5 sigma que se usan por convención para declarar un descubrimiento.
- El análisis combinó colisiones de 2015 a 2018 y 2022 a 2024; el artículo anticipa pruebas más precisas con la muestra completa del Run 3.
La colaboración ATLAS del Gran Colisionador de Hadrones (LHC) encontró evidencia de que los dos bosones Z producidos cuando se desintegra un bosón de Higgs salen con sus espines entrelazados, aunque al menos uno es virtual. Physical Review Letters publicó el resultado el 11 de septiembre de 2026 con una señal de 4.7 sigma, equivalente a 4.7 desviaciones estándar en el criterio estadístico usado. ATLAS la presenta como evidencia fuerte, pero todavía inferior a las 5 sigma que la física de partículas usa por convención para declarar un descubrimiento. La cifra también depende de varios supuestos del Modelo Estándar.
El trabajo ya circulaba como preprint desde marzo. ATLAS lo depositó en arXiv el 27 de marzo; cuatro días después, el Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) difundió el resultado con un titular que hablaba de observar “por primera vez” el entrelazamiento entre partículas reales y virtuales. La colaboración explicó el análisis en un informe propio el 5 de junio.
Lo que cambió el 11 de septiembre fue su estatus editorial: Physical Review Letters publicó el artículo en acceso abierto después de la revisión por pares y lo marcó como sugerencia de los editores. El resumen publicado conserva la cifra de 4.7 sigma del preprint.
ATLAS presenta el resultado como la primera evidencia fuerte de entrelazamiento entre dos bosones masivos.
La masa del Higgs obliga a introducir una partícula virtual
El Higgs tiene una masa de unos 125 GeV (gigaelectronvoltios) y cada bosón Z ronda los 91 GeV. Dos Z ordinarios superarían la masa de la partícula que los produce, de modo que al menos uno debe ser virtual, como establece el artículo de ATLAS.
Una partícula virtual es un tipo de partícula que no cumple la relación relativista entre masa, energía y momento. No puede observarse directamente, aunque sus efectos sí son reales y medibles.
“Las partículas virtuales son partículas que no cumplen la relación relativista entre masa, energía y momento. Y, por eso, nunca existen de forma real y medible, aunque sus efectos sí que son reales y medibles”, explicó Juan Antonio Aguilar-Saavedra, investigador del CSIC en el Instituto de Física Teórica (IFT) de Madrid y coautor del estudio.
Ni siquiera el bosón Z real permite medir su espín de forma directa. Se desintegra en alrededor de 10⁻²⁵ segundos, así que ATLAS estudió los casos en los que cada Z produce un par de electrones o de muones. El detector sí puede seguir esas cuatro partículas, y sus ángulos de salida conservan información sobre el espín de los bosones que las originaron, incluido el Z virtual.
El proceso se conoce como canal dorado. Fue una de las dos firmas que ATLAS utilizó para descubrir el Higgs en 2012, pero resulta muy escaso: el IFT señala que apenas se han observado unos cientos de eventos.
El Z aporta un tercer estado de espín
Las mediciones previas de entrelazamiento en el LHC, publicadas por ATLAS y CMS en 2024, se hicieron con quarks top. Esos quarks tienen dos estados de espín posibles, como un cúbit. El bosón Z tiene tres estados de espín, una propiedad que en información cuántica se describe como un qutrit.
Un qutrit es un sistema de información cuántica que tiene tres estados posibles. El CSIC presenta el resultado como la primera evidencia de entrelazamiento entre qutrits elementales y recuerda que los bosones Z y W son las únicas partículas elementales con tres estados de polarización.
La medición también tiene una base teórica madrileña. Según las referencias del artículo de ATLAS, los dos coeficientes que midió la colaboración y el criterio para interpretarlos provienen de un trabajo publicado en 2023 en Physical Review D. Sus autores fueron Aguilar-Saavedra, A. Bernal y sus colegas del IFT José Alberto Casas y Jesús María Moreno.
El CSIC señala que el grupo publica desde 2023 estudios que apuntaban a esta medida, una meta que hace pocos años, según el organismo, ni siquiera se planteaba. Aguilar-Saavedra explicó el resultado en español en un video de divulgación que el IFT publicó el 9 de abril.
El CSIC atribuye el liderazgo del análisis a equipos de las universidades de Yale y Michigan, en Estados Unidos, y de Oxford. La Universidad de Oxford también destacó a Alan Barr, coautor del estudio y, según la institución, uno de los primeros en proponer que los colisionadores podían investigar el entrelazamiento a energías muy superiores a las de cualquier prueba anterior.
“Estamos acostumbrados a pensar en el entrelazamiento como algo delicado, que se ve en experimentos de laboratorio con fotones individuales”, dijo Barr. Para él, encontrarlo en partículas tan pesadas y efímeras como los bosones Z muestra lo fundamental y resistente que es este efecto cuántico.
Dos pruebas, una señal de 4.7 sigma
ATLAS buscó el entrelazamiento por dos caminos. El primero fue directo: dos coeficientes describen cómo se correlacionan los espines de la pareja de bosones, y un valor distinto de cero en cualquiera de ellos señalaría entrelazamiento.
La sensibilidad de esta ruta es limitada con las muestras disponibles porque intenta estimar el promedio de una distribución muy amplia. Estos fueron sus resultados:
- Primer coeficiente de correlación de espines: ATLAS obtuvo -0.71 ± 0.45, frente al -0.97 esperado por el Modelo Estándar. El valor quedó más cerca de la predicción que de cero.
- Segundo coeficiente de correlación de espines: registró 0.08 ± 0.44, frente al 0.64 previsto. El resultado quedó más cerca de cero que de la predicción.
Los dos coeficientes son compatibles con el Modelo Estándar. ATLAS atribuye sus incertidumbres, sobre todo, a la estadística.
El segundo camino produjo la cifra de 4.7 sigma. Compara la distribución completa del segundo coeficiente con dos escenarios: el entrelazamiento que predice el Modelo Estándar y la única alternativa sin entrelazamiento compatible con los supuestos del análisis, en la que ambos bosones tendrían polarización longitudinal.
Además, ATLAS repartió los eventos en dos grupos según la masa del segundo par de leptones. Bajo esos supuestos, la alternativa sin entrelazamiento desplazaría ese espectro hacia valores más bajos. Tras realizar 10 millones de pseudoexperimentos por hipótesis, la prueba rechazó el estado no entrelazado con 4.7 sigma, frente a las 4.9 sigma que se esperaban.
El artículo reconoce que esta ruta gana sensibilidad a cambio de una mayor dependencia del modelo, porque enfrenta dos hipótesis concretas.
Los supuestos que sostienen el análisis
La comparación parte de tres supuestos centrales:
- La pareja de bosones forma un estado escalar, como indican las mediciones del espín del Higgs.
- Los leptones salen con los ángulos que el Modelo Estándar predice para cada estado del Z.
- Los procesos de fondo con cuatro leptones también se comportan como anticipa esa teoría; ATLAS lo comprobó con datos de control.
Según la colaboración, cada supuesto se apoya en las expectativas del Modelo Estándar y en resultados experimentales previos.
La versión de arXiv también delimita el alcance de la medición. En una nota, ATLAS aclara que no busca poner a prueba teorías alternativas a la mecánica cuántica mediante desigualdades de Bell. Su objetivo es establecer que los estados de espín de los bosones Z no son separables. Por eso, las desigualdades de Bell quedan fuera del alcance del artículo.
Los datos para el siguiente intento ya están grabados
El análisis combinó colisiones registradas entre 2015 y 2018 con otras de 2022 a 2024, parte de la tercera etapa de toma de datos del LHC, el Run 3. El colisionador siguió en marcha después, pero el CERN lo apagó el 29 de junio de 2026 para iniciar su tercera parada larga, LS3. Mientras duren las obras, miles de investigadores seguirán analizando los datos acumulados.
El artículo anticipa pruebas más precisas con la muestra completa del Run 3 y, más adelante, con el LHC de alta luminosidad, que el CERN programa para 2030 con hasta diez veces la luminosidad de diseño del colisionador original.
En julio también se reportó que los nuevos imanes que enfocarán los haces de esa máquina ya alcanzaron su corriente nominal en el banco de pruebas del CERN.
Por ahora, la cifra publicada es 4.7 sigma y la etiqueta correcta es evidencia fuerte, no descubrimiento. El entrelazamiento en quarks top ya alcanzó 5 sigma, pero este resultado sobre bosones Z todavía necesita la precisión que ATLAS espera de más datos. La muestra completa del Run 3 ya está guardada y será la base del siguiente intento.
