大型ハドロン衝突型加速器の内部で、スピンが不可分に結びついた重いZボソンの対が生成される。ATLASコラボレーションの科学者たちは、ヒッグス粒子の崩壊を利用して、この量子もつれを初めて直接測定した。
実験はH → ZZ* → 4レプトン過程に依拠している。それぞれスピン1を持つ2つのZボソンは、キュートリット——3準位の量子系——として振る舞う。その偏極は、粒子が検出器の異なる方向へ飛び去ったとしても、一方を測定すれば瞬時にもう一方の状態が決まるように相関している。
崩壊生成物の角度分布の解析により、スピン密度行列の係数を抽出することができた。得られた値C_{2,1,2,−1} = −0,71 ± 0,45およびC_{2,2,2,−2} = 0,08 ± 0,44は標準模型の予測と一致している。全角度分布による追加検証は、分離可能状態の仮説を4,7標準偏差の信頼度で棄却した。
これまで量子もつれは光子、電子、クォークで観測されてきた。今やそれは、電弱相互作用のエネルギー——およそ100GeV——における質量を持つベクトルボソンについても確認された。これは根本的に異なる領域である。ここではカイラル構造を伴う弱い力が働いている。
この結果は、ヒッグス粒子の他の崩壊チャンネルや将来のLHC運転において量子相関を研究する道を開くものである。こうした測定は、高エネルギーにおける基本的相互作用の中で量子力学がどのように現れるかに光を当てるかもしれない。
この発見は、量子もつれがミクロ世界の珍奇な現象ではなく、人類最強の加速器で生成される粒子に備わる不可欠な性質であることを示している。
