El núcleo atómico no es simplemente una bolsa de protones y neutrones. Es un sistema cuántico donde las partículas están unidas por hilos invisibles de entrelazamiento. Cuando dos protones o neutrones interactúan, sus estados se entrelazan de tal manera que es imposible describir uno sin el otro.
Los científicos tomaron medidas de entrelazamiento — entropía, información mutua y entropía relativa — y las aplicaron a núcleos de neón, magnesio y silicio. Estos núcleos se encuentran cerca de la llamada isla de inversión, donde el orden habitual de los niveles de energía se invierte. Los cálculos mostraron que en los estados fundamentales el entrelazamiento entre protones y neutrones es débil, pero entre partículas idénticas es fuerte. Pero cuando el núcleo se excita, los vínculos protón-neutrón se vuelven tan fuertes como los vínculos entre partículas idénticas.
Esto se asemeja a una pista de baile: en un estado tranquilo, las parejas bailan solas, pero cuando la música se acelera, todos comienzan a intercambiar parejas. Esta imagen ayuda a entender por qué algunos núcleos con exceso de neutrones se comportan de manera diferente a lo que predice el modelo de capas simple. El entrelazamiento resulta ser una herramienta sensible que captura cambios sutiles en la estructura nuclear.
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2601.06544
Quantum entanglement provides a unique perspective for probing nuclear structure. In this work, we employ quantum entanglement measures, including proton-neutron entanglement entropy, mutual information, and quantum relative entropy, to investigate the evolution of entanglement patterns as we approach neutron-rich nuclei. The study is carried out in the vicinity of the $$N=20$$ island of inversion region consisting of even-$$A$$ Ne, Mg, and Si isotopes, and also for isotones corresponding to $$N=20$$. The state-of-the-art \textit{ab initio} valence space in-medium similarity renormalization group method has been used for this purpose. We have highlighted the role of proton-neutron entanglement entropy in the formation of the island of inversion region. Mutual information provides insight into the strength of correlations between proton-proton, neutron-neutron, and proton-neutron single-particle states. While these correlations are relatively weak between protons and neutrons in the ground states, they become comparable to like-particle correlations in excited states. The quantum relative entropy is also studied between $$0^+$$ and $$2^+$$ states of the Ne, Mg, and Si isotopes, as well as $$N=20$$ isotones, using the Kullback-Leibler divergence and Jensen-Shannon divergence. We have performed these calculations by expressing the nuclear wavefunctions in a Slater-determinant basis and analyzing them through complementary partitions, including proton-neutron and mode-resolved factorizations.
La isla de inversión es una región de núcleos donde el número mágico 20 deja de ser mágico: los niveles de energía se reorganizan y el núcleo se vuelve inesperadamente estable o deformado.
En la novela de Greg Egan, 'La escalera de Schild', el entrelazamiento cuántico se utiliza para la comunicación instantánea entre puntos distantes del espacio, lo que resuena con la idea de correlaciones no locales en el núcleo.