Le CERN observe l’intrication quantique entre les particules les plus lourdes jamais testées

Des physiciens travaillant avec le détecteur ATLAS du Grand Collisionneur de Hadrons (LHC) du CERN ont mis en évidence de solides indices d'intrication quantique entre des paires de bosons Z issus de la désintégration de bosons de Higgs, étendant l'un des phénomènes les plus déroutants de la mécanique quantique aux particules les plus lourdes et à la durée de vie la plus courte jamais testées. Les résultats, publiés dans la revue Physical Review Letters le 11 septembre 2026, représentent l'une des confirmations d'intrication aux plus hautes énergies jamais enregistrées.phys+1

La collaboration ATLAS a analysé des données de collisions proton-proton à des énergies de 13 et 13,6 téraélectronvolts (TeV), à la recherche de la rare chaîne de désintégration dans laquelle un boson de Higgs se divise en deux bosons Z, qui se désintègrent ensuite chacun en une paire d'électrons ou de muons. Comme les bosons Z disparaissent en environ 3 × 10⁻²⁵ secondes, les physiciens n'ont pas pu mesurer directement leurs spins. À la place, ils ont reconstitué les angles de trajectoire des quatre leptons résultants à travers le détecteur, remontant ainsi le fil pour déduire les états quantiques des bosons Z parents.sciencealert+3

Des qutrits plutôt que des qubits

Contrairement à l'intrication des quarks top démontrée par l'équipe d'ATLAS dans un article de Nature en 2024, les bosons Z possèdent trois états de spin possibles au lieu de deux, ce qui fait de chacun d'eux un « qutrit » dans le jargon de l'informatique quantique. Le physicien Juan Antonio Aguilar-Saavedra, de l'Institut de physique théorique en Espagne, a souligné que « les spins des deux bosons Z sont extrêmement intriqués, bien plus que dans le cas de la paire top-antitop mesurée précédemment ».nature+1

Le test le plus sensible de l'équipe a privilégié l'état intriqué par rapport à l'alternative non intriquée avec une signification statistique de 4,7 sigma, soit tout juste en deçà du seuil de 5 sigma traditionnellement requis pour revendiquer une découverte, mais suffisant pour constituer une preuve solide.sciencealert+1

Un « canard virtuel »

Une particularité étonnante découle du calcul des masses. Un boson de Higgs pèse environ 125 GeV, tandis que chaque boson Z a une masse proche de 91 GeV, ce qui signifie qu'il n'y a pas assez d'énergie pour que deux bosons Z ordinaires apparaissent simultanément. L'un d'eux doit donc être « virtuel », une fluctuation quantique éphémère qui ne peut pas être observée directement. Ce nouveau résultat suggère que même un boson Z virtuel peut participer à l'intrication, ce qui soubleve des questions philosophiques sur la nature de ces particules.sciencealert+1

> « Si cela marche comme un canard et cancane comme un canard, alors ce que nous observons doit être un canard. Dans ce cas, un canard virtuel », a déclaré Juan Antonio Aguilar-Saavedra.sciencealert

Tester la mécanique quantique aux extrêmes

Avec seulement environ 400 événements de collision exploitables tirés de plusieurs années de données, cette mesure a repoussé les limites de ce que le LHC peut extraire de ses processus les plus rares. Alan Barr, physicien à l'Université d'Oxford et coauteur de l'étude, qui a été le premier à proposer l'utilisation de collisionneurs de particules pour sonder l'intrication à haute énergie, a qualifié cette découverte de « rappel salutaire que les mêmes règles étranges de la mécanique quantique qui alimenteront peut-être un jour les ordinateurs quantiques sont à l'œuvre partout dans la nature, même aux énergies extrêmes du Grand Collisionneur de Hadrons ».phys+1

Une mise à niveau actuellement en cours sur le détecteur ATLAS et sur le LHC à haute luminosité devrait fournir des ensembles de données beaucoup plus vastes, ouvrant la voie au franchissement du seuil des 5 sigma et à l'étude des phénomènes quantiques avec une précision encore accrue.phys