Zwei massereiche Z-Bosonen, die beim Zerfall eines Higgs-Bosons am Large Hadron Collider entstanden, erwiesen sich als quantenverschränkt – und dies gelang erstmals, direkt auf der elektroschwachen Energieskala zu messen.
Die ATLAS-Kollaboration am LHC im CERN (Genf, Schweiz) analysierte Daten von Protonenkollisionen und identifizierte Ereignisse, bei denen das Higgs in ein Paar Z-Bosonen zerfällt. Jedes Z-Boson zerfällt anschließend in ein Paar Leptonen oder Quarks und hinterlässt charakteristische Spuren im Detektor. Die Wissenschaftler rekonstruierten die Spins und Impulse der Teilchen und wandten dann Verschränkungskriterien auf ihre Korrelationen an. Die Ergebnisse wurden im September 2026 in Physical Review Letters veröffentlicht.
Verschränkung bedeutet hier, dass die Eigenschaften des einen Z-Bosons unmittelbar mit den Eigenschaften des zweiten verbunden sind, unabhängig vom Abstand zwischen ihnen im Moment der Messung. Man stelle sich zwei gleichzeitig geworfene Münzen vor: Solange sie in der Luft sind, kann jede Kopf oder Zahl zeigen, doch sobald die eine mit Kopf landet, zeigt die andere zwangsläufig Zahl – und das ist kein Zufall, sondern eine feste Verbindung, die bereits im Moment der Entstehung des Paares entstanden ist.
Die gewöhnliche Intuition legt nahe, dass massereiche Teilchen wie Z-Bosonen aufgrund der Wechselwirkung mit der Umgebung ihre Quanteneigenschaften schnell verlieren. Bei Higgs-Zerfällen jedoch bleibt die Verschränkung lange genug erhalten, um sie nachweisen zu können. Dies eröffnet einen neuen Modus für Tests fundamentaler Wechselwirkungen: Nun lässt sich die Quantenmechanik nicht nur an Photonen oder Elektronen überprüfen, sondern auch an schweren Vektorbosonen.
Die Messung bestätigt, dass das Standardmodell selbst für massereiche Eichbosonen im Quantenregime funktioniert. Perspektivisch könnten solche Daten helfen, die Grenzen der Anwendbarkeit der Quantenfeldtheorie genauer zu bestimmen, und könnten die Suche nach neuen physikalischen Phänomenen jenseits des Standardmodells beeinflussen.
Die in Physical Review Letters veröffentlichten Ergebnisse der ATLAS-Kollaboration zeigen, dass sich die Quantenverschränkung in den unerwartetsten Winkeln der Hochenergiephysik untersuchen lässt.
