Chien-Shiung Wu, junto a su estudiante de posgrado Irving Shaknov, fueron a un laboratorio debajo del Pupin Hall de la Universidad de Columbia en noviembre de 1949. Necesitaban antimateria para su nuevo experimento, así que hicieron la suya propia utilizando una máquina llamada ciclotrón. El imán de varias toneladas de la máquina era tan gigantesco que, una década antes, los administradores debieron abrir un agujero en una pared exterior y usar al equipo de fútbol para poder mover el inmenso bloque de hierro.

El campo magnético que produce un ciclotrón acelera las partículas, así que Wu y Shaknov lo usaron para bombardear una lámina de cobre con deuterones, generando un isótopo inestable, Cu 64, como fuente de positrones, es decir, antimateria. Cuando un positrón y un electrón chocan, se aniquilan entre sí, liberando dos fotones que se separan en direcciones opuestas. Unos años antes, el físico John Wheeler predijo que cuando la materia y la antimateria se encuentran, los fotones resultantes se polarizarían ortogonalmente. Wu y Shaknov buscaban una prueba concluyente de la teoría de Wheeler.

Previamente, un equipo lo había intentado, pero su margen de error era muy alto; lo mismo sucedió con un segundo equipo. Sin embargo, Wu era conocida por su extrema precisión y diseño experimental estratégico. Ya había probado la teoría de la desintegración beta de Enrico Fermi después de que otros lo intentaran durante décadas.

Wu y Shaknov empaquetaron el isótopo de cobre en una pequeña cápsula de ocho milímetros de largo y esperaron a que los electrones y los positrones chocaran dentro del aparato. Después rastrearon la radiación de aniquilación resultante en los bordes más lejanos de su experimento, utilizando dos tubos fotomultiplicadores, cristales de antraceno y un contador de centelleo como detector de rayos gamma.

El primer paso para cambiarlo todo

Finalmente, captaron más datos que sus predecesores, y lo que vieron fue asombroso. Su evidencia sugirió que los pares de fotones de las colisiones de partículas permanecieron polarizados en ángulo recto entre sí de forma consistente, como si estuvieran conectados de alguna forma, incluso a distancia.

Su experimento probó la teoría de Wheeler, y el equipo publicó sus hallazgos el día de Año Nuevo en 1950, en una carta de una página a Physical Review. Pero también fue el primer experimento en documentar la evidencia de algo más extraño: que las propiedades de las partículas entrelazadas siempre están perfectamente correlacionadas, sin importar lo lejos que se desvíen. El entrelazamiento es tan extraño que Albert Einstein creyó que probaba dónde se equivocó la física cuántica.

En 2022, el Comité del Premio Nobel honró su trabajo experimental sobre entrelazamiento de tres físicos: John Clauser, Alain Aspect y Anton Zeilinger. Ellos produjeron pruebas cada vez más convincentes del fenómeno al mejorar el diseño experimental de sus predecesores.

Descartaron otra explicación, y el entrelazamiento fue la única conclusión. Aunque el experimento de Wu de 1949 no se diseñó para descartar explicaciones en competencia, los historiadores están de acuerdo en que fue el primero en documentar fotones entrelazados. Sin embargo, Wu, quien falleció en 1997, no se mencionó en los premios de 2022, pero esta no es la primera vez que no es tomada en cuenta.

Probando el entrelazamiento

Chien-Shiung Wu nació el mismo año que la Nueva República de China, en un pequeño pueblo en la cuenca del río Yangtsé. Su padre era un académico, revolucionario y feminista. Chien-Shiung creció en una época tumultuosa de su país y en 1936, a los 24 años, abordó el SS Hoover con destino a California. Los movimientos políticos pedían “ciencia y democracia”, junto con una generación de académicos que pudiera elevar el estatus de China, así que Wu buscó conseguir un doctorado en física.

Wu se convirtió en la estudiante estrella de la Universidad de California, Berkeley. Su reputación era tal que su investigación sobre los productos de fisión del uranio fue embargada hasta el final de la Segunda Guerra Mundial. Sin embargo, Wu tuvo problemas para encontrar trabajo después de graduarse. Para ese entonces, ninguna de las 20 mejores universidades de Estados Unidos tenía a una mujer en la facultad de física.

Además del sesgo de género, la escalada de la Segunda Guerra Mundial incrementó la discriminación contra los inmigrantes asiáticos. En 1940 consiguió un trabajo temporal en Berkeley y solo un año después, fue rechazada. Otro rechazo que sufrió fue cuando Oppenheimer dirigió el Proyecto Manhattan, trajo consigo a muchos de sus estudiantes, pero Wu, siendo la mejor, no fue invitada.

Finalmente, ocupó un puesto de profesora en el Smith College. Al año siguiente, fue la primera mujer en la facultad de física de la Universidad de Princeton. Al poco tiempo, el Proyecto Manhattan finalmente la reclutó, formando parte en el desarrollo de la bomba atómica. Wu debió soportar repetidas investigaciones por inmigración y amenazas de deportación. En 1949, cuando Wu logró su hazaña, Mao Zedong estableció el comunismo en su país, lo que ocasionó que nunca volviera.

Basándose en su experimento

A pesar de ser una cuestión netamente matemática y física, el entrelazamiento tiene un atractivo poético. Abner Shimony, filósofo y físico, lo llamó “pasión a distancia”. El entrelazamiento ofrece la idea de que una vez que ciertas partículas interactúan, no pueden describirse de forma independiente. No importa que tan lejos viaje el otro, lo que le suceda a uno, afectará al otro.

Para comprenderlo, hay que entender que cuando los físicos cuánticos se dispusieron por primera vez a cuantificar la posición y el movimiento de las partículas subatómicas, los objetos diminutos no pudieron precisarse. A veces, las partículas parecían localizadas y distintas, en otros momentos, las partículas mostraban un comportamiento amplio y ondulatorio, con una influencia que se extendía por grandes regiones del espacio físico en relación con su tamaño natural. A veces, los investigadores de comienzos del siglo XX, ni siquiera estaban seguros que las partículas fueran siquiera objetos tangibles.

Al igual que Einstein, el físico David Bohm estaba seguro que existía una explicación razonable del entrelazamiento. Tal vez aún no se podía ver, pero la explicación debía ser más sencilla de lo que se creía. Podría atribuirse a variables ocultas, así que la física solo tenía que  trabajar más para encontrarlo. En 1957, Bohm escribió como la investigación de fotones podría aprovechar la paradoja EPR para revelarlas.

Ese experimento, aseguró Indianara Silva, profesora de ciencias físicas e historia de la Universidad Estatal de Feira de Santana, Brasil, fue el de Wu de 1949.

Bohm tenía buenas razones para confiar en sus hallazgos. Era unos años mejnor que ella cuando eran estudiante de posgrado en Berkeley. Ambos estudiaron con Oppenheimer y ambos trabajaron en el laboratorio de radiación EO Lawrence. Incluso reconoció a Wu en una nota al pie de página en su artículo de 1957.

Siendo citada en nuevos artículos

Silva también señaló que el artículo de Bohm sobre variables ocultas inspiró a John Bell, quien propuso que la cantidad de coincidencias cuánticas entre partículas se podían predecir y contar. Bell propuso su Teorema de Bell. Años más tarde, un joven Clauser lo encontró en la biblioteca de Columbia y se inspiró para diseñar un nuevo experimento que demostrara que Bell tenía razón.

Con todos estos expertos inspirándose unos a otros sobre entrelazamiento, nace una pregunta: ¿Por qué Wu lo mencionó en su carta de 1950? Se cree que la razón es que, durante los años 50 y 60, ese trabajo de fundamentos cuánticos era estigmatizado como pseudociencia. Silva señala que Wu volvió a su experimento de 1949 más de 20 años después. Para ese entonces, era una profesional mucho más curtida y abordó directamente las preguntas sobre la mecánica cuántica. Ella favorecía la interpretación tradicional del entrelazamiento cuántico, no la teoría de Bohm. En 1971, diseñó una nueva versión de su trabajo, donde escribió que, sin duda, debería silenciar a los defensores de las variables ocultas.

Cuando apareció el artículo de Bohm sobre las variables ocultas, mucho había cambiado en la vida de Wu. Se había casado y se había mudado a la Costa Este. Había roto un techo de cristal en Princeton, tenía un hijo y se había convertido en ciudadana estadounidense. Ella estaba en la facultad de la Universidad de Columbia, aunque todavía no era profesora titular.

Sin reconocimiento inmediato

Pero Wu participaría en otro hito histórico; en 1956, su colega en Columbia, RD Lee, se acercó a ella para hacerle una pregunta extraña sobre una investigación en la que había trabajado junto a Chen Ning Yang. Se preguntaron si algunas partículas más pequeñas del universo podrían violar las expectativas establecidas desde hace mucho tiempo. Wu respondió con un puñado de posibles experimentos para abordar su pregunta.

Yang y Lee solo eran teóricos y no experimentadores como ella. De hecho, Yang declaró tiempo después que ni él ni Lee creían realmente que su teoría se mantendría. Sin embargo, el tiempo, y Wu, dirían lo contrario.

Para enero de 1957, hicieron un sorprendente hallazgo: las partículas de desintegración beta eran ligeramente zurdas, no simétricas como suponía la física. Así que, sí, violaban las expectativas establecidas desde hace mucho tiempo. Tan pronto como se anunció, los participantes estuvieron dando conferencias en todo el país, e incluso la Sociedad Estadounidense de Física presentó los hallazgos.

Finalmente, en octubre de ese año, Yang y Lee se convirtieron en los primeros estadounidenses de origen chino en ganar el Premio Nobel, pero Wu no fue incluida. Aunque no todo fue malas noticias, ya que gracias a su contribución, fue ascendida a profesora titular en Columbia.

En su conferencia Nobel de diciembre, Yang le dijo al comité y a los invitados lo crucial que había sido el experimento de Wu, y declaró que los resultados se debieron al coraje y la habilidad del equipo de Wu. Más tarde, Lee suplicaría al Comité Nobel que reconociera el trabajo de Wu. Oppenheimer declaró públicamente que Wu debería haber compartido el premio de 1957. Segrè llamó al derrocamiento de la paridad “probablemente el mayor desarrollo de la física después de la guerra”.

Wu se convertiría posteriormente en la primera mujer en recibir un Premio Comstock de la Academia Nacional de Ciencias, la primera mujer presidenta de la Sociedad Estadounidense de Física, la primera física en recibir el Premio Wolf y la primera física viva en tener un asteroide con su nombre.

Su nombre le abrió las puertas a muchas otras mujeres a las facultades científicas de las universidades occidentales y en China es prácticamente un ídolo. En 2021, el Servicio Postal lanzó su sello Forever, con el retrato de Wu y su experimento se entiende como un primer paso en el camino hacia lo que se convertiría en el modelo estándar de la física de partículas.