CERN prokázal kvantové provázání u nejtěžších dosud testovaných částic

Fyzikové pracující s detektorem ATLAS na Velkém hadronovém urychlovači (LHC) v CERNu našli přesvědčivé důkazy o kvantovém provázání mezi páry bosonů Z, které vznikají při rozpadu Higgsových bosonů. Jeden z nejzáhadnějších jevů kvantové mechaniky se tak podařilo rozšířit na nejtěžší a nejkrátkodobější částice, jaké kdy byly testovány. Výsledky, které 11. září 2026 zveřejnil časopis Physical Review Letters, představují jedno z potvrzení kvantového provázání při nejvyšších energiích v historii.phys+1

Kolaborace ATLAS analyzovala data ze srážek protonů s protony při energiích 13 a 13,6 bilionu elektronvoltů. Vědci pátrali po vzácném rozpadovém řetězci, při němž se Higgsův boson štěpí na dva bosony Z, z nichž každý se následně rozpadá na pár elektronů nebo muonů. Vzhledem k tomu, že bosony Z zanikají za přibližně 3 × 10⁻²⁵ sekundy, fyzikové nemohli změřit jejich spiny přímo. Místo toho rekonstruovali úhly, pod kterými čtyři výsledné leptony prolétaly detektorem, a zpětně z nich odvodili kvantové stavy mateřských bosonů Z.sciencealert+3

Qutrity, nikoli kubity

Na rozdíl od provázání top kvarků, které tým ATLAS demonstroval v roce 2024 v časopise Nature, mají bosony Z tři možné spinové stavy namísto dvou. V jazyce kvantové informatiky to z každého z nich dělá „qutrit“. Fyzik Juan Antonio Aguilar-Saavedra z Institutu teoretické fyziky ve Španělsku poznamenal, že „spiny obou bosonů Z jsou extrémně provázané, výrazně více než v dříve měřeném případě top a antitop kvarku“.nature+1

Nejcitlivější test týmu upřednostnil provázaný stav před neprovázanou alternativou se statistickou významností 4,7 sigma. To je těsně pod hranicí 5 sigma, která je tradičně vyžadována pro uznání objevu, ale stále jde o dostatečně silný výsledek, aby představoval robustní důkaz.sciencealert+1

„Virtuální kachna“

Neobvyklý háček se objevil při propočtu hmotností. Higgsův boson váží přibližně 125 GeV, zatímco každý boson Z má hmotnost kolem 91 GeV. To znamená, že není k dispozici dostatek energie, aby se současně objevily dva běžné bosony Z. Nejméně jeden z nich proto musí být „virtuální“, tedy prchavá kvantová fluktuace, kterou nelze přímo pozorovat. Nový výsledek naznačuje, že i virtuální boson Z se může podílet na kvantovém provázání, což vyvolává filozofické otázky o povaze těchto částic.sciencealert+1

> „Pokud to chodí jako kachna a kváká jako kachna, pak to, na co se díváme, musí být kachna. V tomto případě virtuální kachna,“ uvedl Aguilar-Saavedra.sciencealert

Testování kvantové mechaniky v extrémech

S pouhými zhruba 400 vyhovujícími případy srážek vybranými z mnohaletých dat posunulo toto měření hranice toho, co dokáže LHC ze svých nejvzácnějších procesů vytěžit. Oxfordský fyzik a spoluautor studie Alan Barr, který jako první navrhl využít částicové urychlovače ke zkoumání kvantového provázání při vysokých energiích, označil tento objev za „pěknou připomínku toho, že stejná podivná pravidla kvantové mechaniky, která možná jednou budou pohánět kvantové počítače, fungují všude v přírodě, dokonce i při extrémních energiích Velkého hadronového urychlovače“.phys+1

Očekává se, že modernizace detektoru ATLAS i budoucí projekt High-Luminosity LHC, které v současnosti probíhají, přinesou mnohem větší objemy dat. To otevře dveře k překonání hranice 5 sigma a ke zkoumání kvantových jevů s ještě větší přesností.phys