On lance deux toupies en même temps, dans des directions opposées. Si l'une tourne vers la gauche, l'autre tourne toujours vers la droite, quelle que soit la distance qui les sépare. C'est à peu près ainsi que fonctionne l'intrication quantique, sauf qu'au lieu de toupies, on a des quarks top, les particules les plus lourdes connues. Au Grand collisionneur de hadrons, on les produit par paires en accélérant des protons à des vitesses proches de celle de la lumière.
Le quark top vit moins longtemps qu'il n'en faut pour atteindre l'atome voisin. Il se désintègre en vol, et les débris permettent de déduire la direction de son spin, la rotation propre de la particule. Les physiciens ont étudié des milliers de ces désintégrations dans les détecteurs ATLAS et CMS. Il s'avère que les spins de deux quarks top issus d'une même paire sont liés plus fortement que ne le permettrait la logique ordinaire : si l'on connaît le spin de l'un, on connaît exactement celui de l'autre, même s'ils sont déjà loin l'un de l'autre. C'est cela, l'intrication quantique.
Un tel comportement n'est pas un tour de passe-passe, mais une conséquence directe de la mécanique quantique. Cela signifie que la nature, au niveau le plus profond, n'est pas un ensemble d'objets séparés, mais un réseau de liens. Et plus les particules sont lourdes, plus il est étonnant de voir ces liens en direct.
Désormais, les deux toupies de l'image initiale ne sont plus un simple couple de jouets. Ce sont deux quarks top nés ensemble et restés liés pour toujours, même lorsqu'ils se sont envolés vers les extrémités opposées du détecteur.
tel que rédigé par les auteurs, en anglais arXiv:2601.04649
The Large Hadron Collider has delivered exceptionally large proton-proton collision datasets at centre-of-mass energies of up to 13.6 TeV. These datasets, collected by the ATLAS and CMS detectors, enable precision tests of theoretical predictions using extensive samples of top-quark events. A key example is the study of top-quark pair spin correlations, which can be accessed through the angular distributions of the top-quark decay products owing to the unique property that the top quark decays before it can hadronise. This wealth of data has also enabled new measurements of top-quark pair properties, particularly those with enhanced sensitivity in the threshold region, such as quantum entanglement, that were previously out of reach. In this contribution, the latest highlights in this area from the ATLAS and CMS experiments, are presented.
Le quark top est si lourd que sa masse est à peu près égale à celle d'un atome d'or, alors qu'il est des milliards de fois plus petit qu'un atome.