La collaborazione ATLAS ha riferito evidenza di entanglement tra uno Z reale e uno virtuale associati al decadimento di un bosone di Higgs. In meccanica quantistica, l’entanglement è una correlazione per cui lo stato complessivo di due particelle non si può descrivere assegnando a ciascuna uno stato indipendente.
Il risultato riguarda proprietà ricostruite indirettamente: la significatività riferita è di 4,7σ, sotto la soglia convenzionale di 5σ spesso usata per parlare di osservazione in fisica delle particelle.
Perché uno dei bosoni Z è virtuale
La massa del bosone di Higgs è circa 125 GeV, mentre quella di uno Z reale è circa 91 GeV. Due Z reali avrebbero una massa complessiva di circa 182 GeV, superiore a quella del bosone di Higgs. Nel decadimento esaminato, quindi, uno Z è reale e l’altro è virtuale, con una massa effettiva inferiore a quella di uno Z reale.
Lo Z virtuale non viene rilevato direttamente. Le sue proprietà vengono dedotte dai prodotti del decadimento.
Come ATLAS ricostruisce le proprietà degli Z
ATLAS studia gli eventi in cui ciascun bosone Z decade in una coppia di elettroni oppure di muoni. Le direzioni dei quattro leptoni risultanti permettono di ricostruire le proprietà dei bosoni. Anche lo Z reale decade prima di raggiungere il rivelatore: la sua vita media è di circa 3 × 10⁻²⁵ secondi.
Nel video in spagnolo dell’Instituto de Física Teórica IFT, il coautore dello studio Juan Antonio Aguilar-Saavedra indica che il canale a quattro leptoni si verifica approssimativamente una volta ogni 10.000 eventi di Higgs.
Che cosa indica il valore di 4,7σ
La significatività riferita per respingere l’ipotesi di assenza di entanglement è 4,7 deviazioni standard. La soglia tradizionale citata per parlare di osservazione in fisica delle particelle è 5σ: il risultato viene quindi descritto come una forte evidenza, non come una scoperta secondo quella convenzione.
Perché lo Z è chiamato qutrit
Il bosone Z ha spin 1 e tre possibili stati di spin. In informazione quantistica, un sistema a tre stati si chiama qutrit; un sistema a due stati, come quello associato allo spin ½, è invece un qubit. Il risultato è presentato come la prima evidenza di entanglement tra qutrit costituiti da particelle elementari.
Le misure di particelle entangled possono essere correlate, ma non permettono di inviare messaggi controllabili più velocemente della luce: i singoli esiti restano casuali. L’analisi riguarda la correlazione tra gli spin ricostruiti dei due Z; la questione di che cosa significhi attribuire esistenza alle particelle virtuali appartiene all’interpretazione della teoria.
