Физики зафиксировали «жуткую» запутанность между Z-бозонами, рождёнными при распаде бозона Хиггса, распространив это явление на частицы с тремя спиновыми состояниями.
Физики, работающие с детектором ATLAS на Большом адронном коллайдере ЦЕРН, обнаружили весомые свидетельства квантовой запутанности между парами Z-бозонов, возникающих при распаде бозона Хиггса. Тем самым одно из самых загадочных явлений квантовой механики распространяется на самые тяжёлые и короткоживущие частицы из когда-либо исследованных. Результаты, опубликованные в журнале Physical Review Letters 11 сентября 2026 года, представляют собой одно из наиболее высокоэнергетических подтверждений запутанности на сегодняшний день.
Коллаборация ATLAS проанализировала данные протон-протонных столкновений при энергиях 13 и 13,6 триллиона электронвольт в поисках редкой цепочки распадов, при которой бозон Хиггса распадается на два Z-бозона, каждый из которых затем распадается на пару электронов или мюонов. Поскольку Z-бозоны исчезают примерно за 3 × 10⁻²⁵ секунды, непосредственно измерить их спины физики не могли. Вместо этого они восстанавливали углы, под которыми четыре образовавшихся лептона пролетали через детектор, и по этим данным определяли квантовые состояния родительских Z-бозонов.
Кутриты, а не кубиты
В отличие от запутанности топ-кварков, продемонстрированной командой ATLAS в статье в журнале Nature в 2024 году, Z-бозоны имеют три возможных состояния спина, а не два, что делает каждый из них «кутритом» в терминах квантовой информации. Физик Хуан Антонио Агилар-Сааведра из Института теоретической физики в Испании отметил, что «спины двух Z-бозонов чрезвычайно запутаны, причём значительно сильнее, чем в ранее измеренном случае топ-антитоп».
Наиболее чувствительный тест команды подтвердил запутанное состояние в сравнении с незапутанной альтернативой со статистической значимостью 4,7 сигмы — чуть ниже порога в 5 сигм, традиционно необходимого для заявления об открытии, однако достаточно для того, чтобы считаться весомым доказательством.
«Виртуальная утка»
Из массовой арифметики возник необычный парадокс. Бозон Хиггса весит около 125 ГэВ, тогда как масса каждого Z-бозона составляет около 91 ГэВ — а значит, энергии недостаточно для одновременного появления двух обычных Z-бозонов. По меньшей мере один из них должен быть «виртуальным» — мимолётной квантовой флуктуацией, которую невозможно наблюдать напрямую. Новые результаты показывают, что даже виртуальный Z-бозон способен участвовать в запутанности, что ставит философские вопросы о природе подобных частиц.
«Если оно ходит как утка и крякает как утка, значит, то, на что мы смотрим, и есть утка. В данном случае — виртуальная утка», — заявил Агилар-Саааведра.
Проверка квантовой механики в экстремальных условиях
Располагая лишь около 400 подходящими событиями столкновений, отобранными из многолетних данных, это измерение раздвинуло границы того, что БАК способен извлечь из своих редчайших процессов. Физик из Оксфорда и соавтор исследования Алан Барр, впервые предложивший использовать коллайдеры частиц для изучения запутанности при высоких энергиях, назвал результат «приятным напоминанием о том, что те же странные законы квантовой механики, которые однажды, возможно, станут основой квантовых компьютеров, действуют повсюду в природе — даже при экстремальных энергиях Большого адронного коллайдера».
Модернизация, которая сейчас проводится как на детекторе ATLAS, так и на Высоколюминозном БАК, должна обеспечить значительно большие объёмы данных, открывая путь к преодолению порога в 5 сигма и изучению квантовых явлений с ещё большей точностью.
Комментариев нет:
Отправить комментарий