On lance deux pièces en même temps, et elles retombent toujours de la même façon — pile avec pile, face avec face. Leur comportement est étroitement lié. Dans le monde microscopique, un lien similaire entre particules s'appelle corrélation de spin. Les auteurs de l'étude ont trouvé un moyen de « voir » qui a lancé ces particules — plus précisément, par quel intermédiaire elles sont nées dans une collision électron-positon.
La clé est la matrice densité de spin — un objet mathématique qui décrit tous les états possibles des spins d'une paire. Son rang (le nombre de lignes indépendantes) renseigne directement sur les propriétés de l'intermédiaire. Si les particules sont produites par l'échange d'une seule particule scalaire (par exemple, le boson de Higgs), la matrice a un rang 1. C'est comme une instruction unique qui fixe rigidement les spins. Si l'intermédiaire est un photon, le rang est 2 — on obtient un mélange d'états, comme dans une recette avec deux ingrédients indépendants.
Cette règle simple — le rang est égal au nombre de degrés de liberté de l'intermédiaire — ouvre des possibilités puissantes. Lorsque le rang est 1, les physiciens peuvent mesurer les « pouvoirs d'analyse » du spin pour chaque particule et leur produit, et en déduire la violation de la symétrie CP (la différence entre matière et antimatière). Pour le cas du photon (rang 2), on peut reconstruire toute la matrice de spin à partir des données de désintégration, tester l'intrication quantique et même contourner un célèbre théorème d'impossibilité. Tout cela peut déjà être appliqué à des expériences réelles — par exemple, à la production de paires d'hyperons lambda sur l'installation BESIII ou de leptons tau au Grand collisionneur de hadrons.
Une matrice densité de spin de rang 1 décrit un état quantique pur — l'état le plus ordonné possible, sans aucun mélange de hasard.