Splątanie kwantowe oznacza, że wspólnego stanu dwóch cząstek nie da się opisać jako dwóch niezależnych stanów. ATLAS Collaboration raportuje dowody splątania rzeczywistego i wirtualnego bozonu Z powiązanych z rozpadem bozonu Higgsa. Wynik ma istotność 4,7σ, poniżej przywoływanej w fizyce cząstek konwencji 5σ dla obserwacji.
Pomiary splątanych cząstek mogą być skorelowane, ale nie pozwalają przesyłać kontrolowanych wiadomości szybciej niż światło. W tym przypadku badacze wnioskują o właściwościach bozonów Z na podstawie cząstek powstałych w ich rozpadach.
Jak ATLAS odtwarza właściwości bozonów Z
Bozony Z rozpadają się, zanim dotrą do detektora. ATLAS bada zdarzenia, w których każdy z nich rozpada się na parę elektronów albo mionów, a kierunki lotu tych czterech leptonów pomagają odtworzyć właściwości bozonów.
Różnica między rzeczywistym a wirtualnym bozonem Z wiąże się z energią dostępną w rozpadzie Higgsa. Masa bozonu Higgsa wynosi około 125 GeV, a rzeczywistego bozonu Z około 91 GeV. Dwa rzeczywiste bozony Z miałyby łącznie około 182 GeV, więc w opisywanym rozpadzie powstaje jeden rzeczywisty Z i jeden wirtualny Z o niższej masie efektywnej. Właściwości wirtualnego bozonu badacze rekonstruują pośrednio, z produktów rozpadu.
Współautor badania Juan Antonio Aguilar-Saavedra powiedział w nagraniu IFT, że kanał rozpadu Higgsa prowadzący do czterech leptonów występuje w przybliżeniu raz na 10 000 zdarzeń z bozonem Higgsa. To rzadki sposób obserwowania procesu, dlatego analiza opiera się na kierunkach cząstek powstałych w rozpadzie.
Co oznacza wynik 4,7σ
Wartość 4,7σ opisuje siłę dowodów przeciw hipotezie, że bozony Z nie są splątane. W przywoływanej konwencji fizyki cząstek poziom 5σ jest tradycyjnie stosowany do ogłoszenia obserwacji. Wynik ATLAS jest więc opisywany jako mocny dowód, a nie odkrycie.
Dlaczego bozon Z jest qutritem
Bozon Z ma spin 1 i trzy możliwe stany spinowe. W języku informacji kwantowej układ z trzema stanami nazywa się qutritem; dla porównania qubit ma dwa stany. Wynik ATLAS opisano jako pierwszy dowód splątania qutritów utworzonych z cząstek elementarnych.
Co wynik mówi o cząstkach wirtualnych
Analiza dotyczy splątania w konkretnym procesie rozpadu Higgsa, a spin wirtualnego bozonu Z jest w niej rekonstruowany pośrednio. Pytanie, czy cząstki wirtualne istnieją jako niezależne obiekty, pozostaje kwestią interpretacji.
