На основе дважды дифференциального измерения спиновой матрицы плотности пар топ-кварков и антикварков, выполненного коллаборацией CMS в спиральном и пучковом базисах, рассчитан ряд квантовых наблюдаемых: дискорд, управляемость, белловские корреляции и магия. Дискорд обнаружен с значимостью более 5σ в нескольких областях фазового пространства, в том числе для разделимых состояний. Впервые в высокоэнергетической физике получены указания на управляемость с уровнем выше 3σ. Белловские корреляции отсутствуют в исследованной области, что согласуется с теорией. Результаты экспериментально подтверждают иерархию квантовых корреляций: базовой формой является дискорд, затем идут запутанность, управляемость и, наконец, белловские корреляции. Значимость ненулевой магии — дополнительной характеристики квантовости — также превышает 5σ в ряде регионов.
На Большом адронном коллайдере, разгоняя частицы до околосветовых скоростей, рождают топ-кварки — самые тяжёлые кирпичики Стандартной модели. Они живут ничтожные доли секунды, но успевают проявить сложные квантовые связи.
Эти связи подобны уровням танцевальной синхронизации. Discord — когда двое двигаются в общем ритме, но каждый сам по себе (здесь полезна энтропия, мера неупорядоченности). При запутанности, которую Эрвин Шрёдингер считал сутью квантового мира, один партнёр мгновенно отзывается на движения другого. Управляемость — возможность ведущего диктовать шаги ведомому. А идеальная слаженность, как в отрепетированном балете, — это корреляция Белла, названная в честь Джона Белла.
CMS обнаружила у топ-кварков discord и управляемость, но не нашла корреляций Белла. Сюрпризом стала «квантовая магия» — состояние, при котором квантовые свойства настолько неклассические, что их невозможно воспроизвести на обычных компьютерах.
🎯 Топ-кварк почти в 200 раз массивнее протона и исчезает быстрее одной триллионной доли секунды. В этот миг он проявляет сложнейшие квантовые связи.
🎬 В «Квантовом воре» квантовые корреляции служат для сверхсветовой связи; реальный эксперимент показывает, что связи бывают ещё разнообразнее — от discord до квантовой магии, — и это открывает простор для фантазии.