CERN: Κβαντική διεμπλοκή στα βαρύτερα σωματίδια που έχουν μελετηθεί ποτέ

Φυσικοί που εργάζονται στον ανιχνευτή ATLAS στον Μεγάλο Επιταχυντή Αδρονίων του CERN ανακάλυψαν ισχυρές ενδείξεις κβαντικής διεμπλοκής μεταξύ ζευγών μποζονίων Z που παράγονται κατά τη διάσπαση μποζονίων Higgs, επεκτείνοντας ένα από τα πιο αινιγματικά φαινόμενα της κβαντομηχανικής στα βαρύτερα και βραχυβιότερα σωματίδια που έχουν ελεγχθεί ποτέ. Τα αποτελέσματα, τα οποία δημοσιεύθηκαν στο Physical Review Letters στις 11 Σεπτεμβρίου 2026, αποτελούν μία από τις επιβεβαιώσεις διεμπλοκής με την υψηλότερη ενέργεια που έχουν καταγραφεί ποτέ.phys+1

Η Συνεργασία ATLAS ανέλυσε δεδομένα συγκρούσεων πρωτονίου-πρωτονίου σε ενέργειες 13 και 13,6 τρισεκατομμυρίων ηλεκτρονιοβόλτ, αναζητώντας τη σπάνια αλυσίδα διάσπασης στην οποία ένα μποζόνιο Higgs διασπάται σε δύο μποζόνια Z, καθένα από τα οποία στη συνέχεια διασπάται σε ένα ζεύγος ηλεκτρονίων ή μιονίων. Επειδή τα μποζόνια Z εξαφανίζονται σε περίπου 3 × 10⁻²⁵ δευτερόλεπτα, οι φυσικοί δεν μπορούσαν να μετρήσουν απευθείας το σπιν τους. Αντίθετα, ανακατασκεύασαν τις γωνίες υπό τις οποίες τα τέσσερα προκύπτοντα λεπτόνια ταξίδεψαν μέσω του ανιχνευτή, δουλεύοντας προς τα πίσω για να συμπεράνουν τις κβαντικές καταστάσεις των μητρικών μποζονίων Z.sciencealert+3

Qutrits και όχι Qubits

Σε αντίθεση με τη διεμπλοκή των top κουάρκ που παρουσίασε η ομάδα του ATLAS σε δημοσίευση στο Nature το 2024, τα μποζόνια Z φέρουν τρεις πιθανές καταστάσεις σπιν αντί για δύο, καθιστώντας το καθένα ένα «qutrit» στη γλώσσα της κβαντικής πληροφορίας. Ο φυσικός Juan Antonio Aguilar-Saavedra από το Ινστιτούτο Θεωρητικής Φυσικής στην Ισπανία σημείωσε ότι «τα σπιν των δύο μποζονίων Z είναι εξαιρετικά διεμπλεγμένα, σημαντικά περισσότερο από ό,τι στην περίπτωση top-αντι-top που είχε μετρηθεί προηγουμένως».nature+1

Η πιο ευαίσθητη δοκιμή της ομάδας ευνόησε τη διεμπλεγμένη κατάσταση έναντι της μη διεμπλεγμένης εναλλακτικής με στατιστική σημαντικότητα 4,7 σίγμα, λίγο κάτω από το όριο των 5 σίγμα που παραδοσιακά απαιτείται για τη θεμελίωση μιας ανακάλυψης, αλλά αρκετά ισχυρή ώστε να αποτελεί ισχυρή ένδειξη.sciencealert+1

Μια «Εικονική Πάπια»

Μια ασυνήθιστη λεπτομέρεια προέκυψε από την αριθμητική της μάζας. Ένα μποζόνιο Higgs ζυγίζει περίπου 125 GeV, ενώ κάθε μποζόνιο Z έχει μάζα κοντά στα 91 GeV, πράγμα που σημαίνει ότι δεν υπάρχει αρκετή ενέργεια ώστε να εμφανιστούν ταυτόχρονα δύο κανονικά μποζόνια Z. Τουλάχιστον το ένα πρέπει να είναι «εικονικό», μια φευγαλέα κβαντική διακύμανση που δεν μπορεί να παρατηρηθεί άμεσα. Το νέο αποτέλεσμα υποδηλώνει ότι ακόμη και ένα εικονικό μποζόνιο Z μπορεί να συμμετέχει σε διεμπλοκή, εγείροντας φιλοσοφικά ερωτήματα σχετικά με τη φύση αυτών των σωματιδίων.sciencealert+1

> «Αν περπατάει σαν πάπια και κάνει σαν πάπια, τότε αυτό που βλέπουμε πρέπει να είναι πάπια. Σε αυτή την περίπτωση, μια εικονική πάπια», δήλωσε ο Aguilar-Saavedra.sciencealert

Δοκιμάζοντας την Κβαντομηχανική στα Άκρα

Με μόνο περίπου 400 επιλέξιμα συμβάντα σύγκρουσης που αντλήθηκαν από δεδομένα ετών, η μέτρηση ώθησε στα όρια το τι μπορεί να εξαγάγει ο LHC από τις πιο σπάνιες διαδικασίες του. Ο φυσικός της Οξφόρδης και συν-συγγραφέας της μελέτης Alan Barr, ο οποίος πρότεινε πρώτος τη χρήση επιταχυντών σωματιδίων για τη διερεύνηση της διεμπλοκής σε υψηλές ενέργειες, χαρακτήρισε το εύρημα «μια ωραία υπενθύμιση ότι οι ίδιοι παράξενοι κανόνες της κβαντομηχανικής που μπορεί μια μέρα να τροφοδοτήσουν τους κβαντικούς υπολογιστές λειτουργούν παντού στη φύση, ακόμη και στις ακραίες ενέργειες του Μεγάλου Επιταχυντή Αδρονίων».phys+1

Μια αναβάθμιση που βρίσκεται τώρα σε εξέλιξη τόσο στον ανιχνευτή ATLAS όσο και στον LHC Υψηλής Φωτεινότητας αναμένεται να προσφέρει πολύ μεγαλύτερα σύνολα δεδομένων, ανοίγοντας τον δρόμο για την υπέρβαση του ορίου των 5 σίγμα και τη διερεύνηση κβαντικών φαινομένων με ακόμη μεγαλύτερη ακρίβεια.phys