CERN upptäcker kvantsammanflätning hos de tyngsta partiklar som någonsin testats

Fysiker som arbetar med ATLAS-detektorn vid CERN:s Large Hadron Collider har funnit starka bevis för kvantsammanflätning mellan par av Z-bosoner som bildats vid sönderfall av Higgsbosoner. Detta utvidgar ett av kvantmekanikens mest gåtfulla fenomen till de tyngsta och mest kortlivade partiklar som någonsin testats. Resultaten, som publicerades i Physical Review Letters den 11 september 2026, utgör en av de bekräftelser av sammanflätning vid högst energi som någonsin registrerats.phys+1

ATLAS-samarbetet analyserade data från proton-proton-kollisioner vid energier på 13 och 13,6 biljoner elektronvolt. De letade efter den sällsynta sönderfallskedja där en Higgsboson delas upp i två Z-bosoner, som i sin tur sönderfaller till ett par elektroner eller myoner. Eftersom Z-bosoner försvinner på ungefär 3 × 10⁻²⁵ sekunder kunde fysikerna inte mäta deras spinn direkt. Istället rekonstruerade de vinklarna i vilka de fyra resulterande leptonerna färdades genom detektorn, och arbetade baklänges för att härleda moderspartiklarnas kvanttillstånd.sciencealert+3

Qutrits, inte qubits

Till skillnad från den sammanflätning av toppkvarkar som ATLAS-teamet visade i en artikel i Nature 2024, har Z-bosoner tre möjliga spinntillstånd istället för två. Detta gör var och en av dem till en "qutrit" inom kvantinformation. Fysikern Juan Antonio Aguilar-Saavedra vid Institutet för teoretisk fysik i Spanien noterade att "spinnen hos de två Z-bosonerna är extremt sammanflätade, betydligt mer än i fallet med topp-antitopp-kvarkar som mättes tidigare".nature+1

Teamets mest känsliga test talade för det sammanflätade tillståndet framför det icke-sammanflätade med en statistisk signifikans på 4,7 sigma. Det är precis under den tröskel på 5 sigma som traditionellt krävs för att kunna kalla det en upptäckt, men tillräckligt starkt för att utgöra robusta bevis.sciencealert+1

En "virtuell anka"

En ovanlig detalj framkom i massberäkningarna. En Higgsboson väger cirka 125 GeV, medan varje Z-boson har en massa nära 91 GeV. Det betyder att det inte finns tillräckligt med energi för att två vanliga Z-bosoner ska kunna uppstå samtidigt. Minst en av dem måste vara "virtuell", en flyktig kvantfluktuation som inte kan observeras direkt. Det nya resultatet tyder på att även en virtuell Z-boson kan delta i sammanflätning, vilket väcker filosofiska frågor om sådana partiklars natur.sciencealert+1

> "Om det går som en anka och kvackar som en anka, då måste det vi tittar på vara en anka. I det här fallet en virtuell anka", sade Aguilar-Saavedra.sciencealert

Att testa kvantmekaniken vid extrema gränser

Med endast omkring 400 kvalificerade kollisionshändelser hämtade från flera års data pressade mätningen gränserna för vad LHC kan utvinna ur sina mest sällsynta processer. Oxfordfysikern och medförfattaren till studien Alan Barr, som först föreslog att man skulle använda partikelacceleratorer för att undersöka sammanflätning vid höga energier, kallade upptäckten "en fin påminnelse om att samma märkliga kvantmekaniska lagar som en dag kan driva kvantdatorer är verksamma överallt i naturen, även vid de extrema energierna i Large Hadron Collider".phys+1

En uppgradering som nu pågår av både ATLAS-detektorn och High-Luminosity LHC förväntas leverera betydligt större datamängder. Detta öppnar dörren för att passera 5-sigma-tröskeln och undersöka kvantfenomen med ännu högre precision.phys