Entrelazamiento cuántico en bosones Z exprés
Dos partículas que se separan en direcciones opuestas se comportan como un todo: la medición de una determina instantáneamente el estado de la otra. Este entrelazamiento cuántico se conocía desde hace tiempo en partículas ligeras, pero ahora se ha observado por primera vez en los pesados bosones Z, los portadores de la interacción débil.
En el experimento del Gran Colisionador de Hadrones se hicieron colisionar protones, produciendo bosones de Higgs que se desintegraban rápidamente en dos bosones Z, y estos a su vez en pares de electrones o muones. El detector ATLAS registró los ángulos de emisión de estos leptones, a partir de los cuales se reconstruyeron los estados de espín de los bosones Z. Resultó que los espines de las partículas están correlacionados más fuertemente de lo que permite cualquier modelo clásico sin entrelazamiento.
El resultado concuerda con las predicciones del modelo estándar y excluye la hipótesis de estados independientes (separables) con un nivel de 4,7 desviaciones estándar. Esto abre el camino al estudio de las correlaciones cuánticas en el mundo de las partículas masivas y a la verificación de los principios fundamentales de la mecánica cuántica en nuevas escalas de energía.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2603.26463
Entanglement is a key property of quantum systems. In this Letter the first measurements of quantum entanglement between spins in pairs of $$Z$$ bosons are reported, using proton-proton collision data from the Large Hadron Collider (LHC) at center-of-mass energies of 13 TeV and 13.6 TeV, recorded with the ATLAS detector. Measurements of angular observables sensitive to $$ZZ^*$$ spin-density-matrix elements in the $$H\rightarrow ZZ^* \rightarrow \ell^+\ell^-\ell^+\ell^-$$ process yield coefficients $$C_{2,1,2,-1} = -0.71 \pm 0.45$$ and $$C_{2,2,2,-2}=0.08 \pm 0.44$$, consistent with their Standard Model predictions. A complementary hypothesis test using the full angular distribution, and relying on several Standard Model assumptions in the decays, provides substantially higher sensitivity to quantum correlations and disfavors the separable-state hypothesis at a significance of 4.7 standard deviations (expected $$4.9\sigma$$) relative to the entangled Standard Model hypothesis. These results provide strong evidence of quantum entanglement between massive bosons (spin qutrits) at the electroweak scale.
El espín del bosón Z puede tomar tres valores (0, +1, -1), por lo que se le llama qutrit: un sistema cuántico con tres estados, a diferencia del qubit que tiene dos.
En la serie «Materia oscura», el entrelazamiento se utiliza para la comunicación instantánea entre naves, lo que recuerda la idea de correlaciones no locales, aunque en la realidad la transmisión de información no es posible.