Au cœur du Grand collisionneur de hadrons naissent des paires de bosons Z lourds, dont les spins se révèlent indissociablement liés. Les scientifiques de la collaboration ATLAS ont mesuré pour la première fois cette intrication quantique directement, en utilisant les désintégrations du boson de Higgs.
L'expérience s'appuie sur le processus H → ZZ* → quatre leptons. Les deux bosons Z, chacun de spin 1, se comportent comme des qutrits — des systèmes quantiques à trois niveaux. Leurs polarisations sont corrélées de telle sorte que la mesure de l'une détermine instantanément l'état de l'autre, même si les particules s'envolent dans des directions opposées du détecteur.
L'analyse des distributions angulaires des produits de désintégration a permis d'extraire les coefficients de la matrice densité des spins. Les valeurs obtenues C_{2,1,2,−1} = −0,71 ± 0,45 et C_{2,2,2,−2} = 0,08 ± 0,44 concordent avec les prédictions du Modèle standard. Un test supplémentaire portant sur la distribution angulaire complète a rejeté l'hypothèse d'un état séparable avec une signification de 4,7 écarts-types.
Auparavant, l'intrication avait été observée chez les photons, les électrons et les quarks. Elle est désormais confirmée pour des bosons vectoriels massifs aux énergies de l'interaction électrofaible — de l'ordre de 100 GeV. C'est un régime fondamentalement différent : y agissent les forces faibles avec leur structure chirale.
Le résultat ouvre la voie à l'étude des corrélations quantiques dans d'autres canaux de désintégration du Higgs et lors de futurs fonctionnements du LHC. De telles mesures pourraient éclairer la manière dont la mécanique quantique se manifeste dans les interactions fondamentales aux hautes énergies.
La découverte montre que l'intrication n'est pas une excentricité du micromonde, mais une propriété inhérente aux particules qui naissent dans les accélérateurs les plus puissants de l'humanité.
