Nelle viscere del Large Hadron Collider nascono coppie di bosoni Z pesanti, i cui spin risultano indissolubilmente legati. Gli scienziati della collaborazione ATLAS hanno misurato per la prima volta questo entanglement quantistico in modo diretto, utilizzando i decadimenti del bosone di Higgs.
L'esperimento si basa sul processo H → ZZ* → quattro leptoni. Due bosoni Z, ciascuno con spin 1, si comportano come qutrit — sistemi quantistici a tre livelli. Le loro polarizzazioni sono correlate in modo tale che la misurazione di una determina istantaneamente lo stato dell'altra, anche se le particelle si allontanano in direzioni diverse del rivelatore.
L'analisi delle distribuzioni angolari dei prodotti di decadimento ha permesso di estrarre i coefficienti della matrice di densità degli spin. I valori ottenuti C_{2,1,2,−1} = −0,71 ± 0,45 e C_{2,2,2,−2} = 0,08 ± 0,44 concordano con le previsioni del Modello Standard. Un ulteriore test sulla distribuzione angolare completa ha respinto l'ipotesi di uno stato separabile con una significatività di 4,7 deviazioni standard.
In precedenza l'entanglement era stato osservato nei fotoni, negli elettroni e nei quark. Ora è stato confermato per bosoni vettoriali massivi alle energie dell'interazione elettrodebole — dell'ordine di 100 GeV. Si tratta di un regime fondamentalmente diverso: qui agiscono le forze deboli con la loro struttura chirale.
Il risultato apre la strada allo studio delle correlazioni quantistiche in altri canali di decadimento dell'Higgs e nelle future sessioni di LHC. Tali misurazioni possono gettare luce su come la meccanica quantistica si manifesti nelle interazioni fondamentali ad alte energie.
La scoperta mostra che l'entanglement non è un'esoticità del micromondo, ma una proprietà intrinseca delle particelle che nascono nei più potenti acceleratori dell'umanità.
