Spins des quarks top : l'intrication au cœur du proton express

Original: "Measurement of spin correlation and entanglement in ATLAS and CMS"
· Fiona Ann Jolly
arXiv:2601.04649 · 2026-01-08 · CC BY 4.0 · 2 min
Au Grand collisionneur de hadrons, on a observé deux particules parmi les plus lourdes partager un même état quantique à deux.

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.

Auparavant, on observait l'intrication sur des particules légères, comme les photons ou les électrons. Désormais, elle est visible sur des quarks top, qui sont 300 000 fois plus lourds que l'électron.

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.

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.

Scientifiques
Wolfgang PauliJohn Stewart BellErwin SchrödingerAlain AspectDavid DeutschNiels Bohr
Notions
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