Квантовая запутанность в бозонах Z экспресс
Две частицы, разлетевшиеся в противоположные стороны, ведут себя как единое целое: измерение одной мгновенно определяет состояние другой. Такая квантовая запутанность давно известна для лёгких частиц, но теперь её впервые увидели у тяжёлых Z-бозонов — переносчиков слабого взаимодействия.
В эксперименте на Большом адронном коллайдере сталкивались протоны, рождая бозон Хиггса, который быстро распадался на два Z-бозона, а те — на пары электронов или мюонов. Детектор ATLAS регистрировал углы разлёта этих лептонов, по которым восстанавливали спиновые состояния Z-бозонов. Оказалось, что спины частиц скоррелированы сильнее, чем допускает любая классическая модель без запутанности.
Результат согласуется с предсказаниями Стандартной модели и исключает гипотезу о независимых (сепарабельных) состояниях на уровне 4,7 стандартных отклонений. Это открывает путь к изучению квантовых корреляций в мире массивных частиц и проверке фундаментальных принципов квантовой механики на новых масштабах энергий.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском 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.
Спин Z-бозона может принимать три значения (0, +1, -1), поэтому его называют кутритом — квантовой системой с тремя состояниями, в отличие от кубита с двумя.
В сериале «Тёмная материя» запутанность используется для мгновенной связи между кораблями, что перекликается с идеей нелокальных корреляций, хотя в реальности передача информации невозможна.