La collaboration ATLAS rapporte des indices d’intrication entre un boson Z réel et un boson Z virtuel issus de la désintégration d’un boson de Higgs. Le résultat atteint 4,7σ, sous la convention de 5σ habituellement citée pour parler d’une observation en physique des particules. Il s’agit donc d’un indice fort, pas d’une découverte annoncée à 5σ.
L’intrication quantique signifie que l’état commun de deux particules ne peut pas être décrit comme deux états indépendants. Leurs mesures peuvent être corrélées, mais ces corrélations ne permettent pas d’envoyer un message contrôlé plus vite que la lumière.
Pourquoi l’un des bosons Z est virtuel
Le boson de Higgs a une masse d’environ 125 GeV, tandis qu’un boson Z réel a une masse d’environ 91 GeV. Deux Z réels représenteraient ensemble environ 182 GeV, davantage que la masse du Higgs. Dans la désintégration étudiée, la paire comprend donc un Z réel et un Z virtuel, dont la masse effective est plus faible.
Un Z virtuel n’est pas détecté directement. ATLAS déduit ses propriétés à partir des particules produites lors de la désintégration. Le Z réel se désintègre lui aussi avant d’atteindre le détecteur : sa durée de vie est d’environ 3 × 10⁻²⁵ seconde.
Comment ATLAS reconstitue les propriétés des Z
L’analyse porte sur les cas où chacun des deux Z se désintègre en une paire d’électrons ou une paire de muons. Les directions des quatre leptons, particules chargées produites par ces désintégrations, permettent de reconstituer indirectement les propriétés des bosons et d’étudier leur intrication.
Juan Antonio Aguilar-Saavedra, coauteur de l’étude, estime dans une vidéo de l’Instituto de Física Teórica IFT que ce canal à quatre leptons survient environ une fois pour 10 000 événements de Higgs.
Ce que signifie le résultat de 4,7σ
La valeur de 4,7σ indique dans quelle mesure les données s’opposent à l’hypothèse d’une absence d’intrication. La convention de 5σ, citée pour qualifier une observation en physique des particules, n’est pas atteinte. Le résultat constitue un indice fort d’intrication entre les deux Z, sans être présenté comme une découverte à ce seuil.
Pourquoi le boson Z est décrit comme un qutrit
Le boson Z a un spin égal à 1 et trois états de spin possibles. En information quantique, un système à trois états s’appelle un qutrit ; un système à deux états est un qubit. Le résultat est aussi présenté comme le premier indice d’intrication entre des qutrits constitués de particules élémentaires.
L’analyse reconstitue indirectement le spin du Z virtuel et rapporte son intrication avec celui du Z réel. Cette inférence expérimentale ne tranche pas la question philosophique de savoir si les particules virtuelles existent comme entités indépendantes.
