CERN påviser kvantesammenfiltring i de tyngste partiklene som noensinne er testet

Fysikere som arbeider med ATLAS-detektoren ved CERNs Large Hadron Collider (LHC), har funnet sterke bevis for kvantesammenfiltring mellom par av Z-bosoner som produseres når Higgs-bosoner desintegrerer. Dette utvider et av kvantemekanikkens mest gåtefulle fenomener til de tyngste og mest kortlivede partiklene som noensinne er testet. Resultatene, som ble publisert i Physical Review Letters 11. september 2026, representerer en av de mest energirike bekreftelsene på sammenfiltring som noen gang er registrert.phys+1

ATLAS-samarbeidet analyserte data fra proton-proton-kollisjoner ved energier på 13 og 13,6 billioner elektronvolt. De lette etter den sjeldne desintegrasjonskjeden der et Higgs-boson splittes til to Z-bosoner, som deretter desintegrerer til et par av elektroner eller myoner. Fordi Z-bosoner forsvinner på omtrent 3 × 10⁻²⁵ sekunder, kunne ikke fysikerne måle spinnet deres direkte. I stedet rekonstruerte de vinklene som de fire resulterende leptonene beveget seg i gjennom detektoren, og arbeidet seg bakover for å utlede kvantetilstandene til de opprinnelige Z-bosonene.sciencealert+3

Qutriter, ikke qubiter

I motsetning til sammenfiltringen av toppkvarker som ATLAS-teamet påviste i en artikkel i Nature i 2024, har Z-bosoner tre mulige spinntilstander i stedet for to. Det gjør hvert av dem til en «qutrit» i kvanteinformasjonens språk. Fysiker Juan Antonio Aguilar-Saavedra ved Institutt for teoretisk fysikk i Spania bemerket at «spinnene til de to Z-bosonene er ekstremt sammenfiltret, betydelig mer enn i topp-antitopp-tilfellet som ble målt tidligere».nature+1

Teamets mest sensitive test foretrakk den sammenfiltrede tilstanden fremfor det ikke-sammenfiltrede alternativet med en statistisk signifikans på 4,7 sigma. Dette er like under 5-sigma-terskelen som tradisjonelt kreves for å erklære en oppdagelse, men sterkt nok til å utgjøre et solid bevis.sciencealert+1

En «virtuell and»

En uvanlig utfordring dukket opp fra masseberegningen. Et Higgs-boson veier rundt 125 GeV, mens hvert Z-boson har en masse på nær 91 GeV. Det betyr at det ikke er nok energi til at to vanlige Z-bosoner kan oppstå samtidig. Minst ett av dem må være «virtuelt», en flyktig kvantesvingning som ikke kan observeres direkte. Det nye resultatet tyder på at selv et virtuelt Z-boson kan delta i sammenfiltring, noe som reiser filosofiske spørsmål om slike partiklers natur.sciencealert+1

> «Hvis det går som en and og kvekker som en and, så må det vi ser på være en and. I dette tilfellet en virtuell and», sa Aguilar-Saavedra.sciencealert

Testing av kvantemekanikk under ekstreme forhold

Med bare rundt 400 kvalifiserte kollisjonshendelser hentet fra flere år med data, tøyde målingen grensene for hva LHC kan hente ut fra sine mest sjeldne prosesser. Oxford-fysiker og medforfatter av studien, Alan Barr, som først foreslo å bruke partikkelakseleratorer til å undersøke sammenfiltring ved høye energier, kalte funnet «en hyggelig påminnelse om at de samme merkelige kvantemekaniske reglene som en dag kan drive kvantedatamaskiner, er i sving overalt i naturen, selv ved de ekstreme energiene i Large Hadron Collider».phys+1

En oppgradering som nå pågår på både ATLAS-detektoren og High-Luminosity LHC, forventes å levere langt større datasett. Dette vil åpne døren for å krysse 5-sigma-terskelen og undersøke kvantefenomener med enda større presisjon.phys