In de diepten van de Large Hadron Collider ontstaan paren zware Z-bosonen waarvan de spins onlosmakelijk met elkaar verbonden blijken. Wetenschappers van de ATLAS-collaboratie hebben deze kwantumverstrengeling voor het eerst direct gemeten, met behulp van vervallen van het Higgs-boson.
Het experiment steunt op het proces H → ZZ* → vier leptonen. De twee Z-bosonen, elk met spin 1, gedragen zich als qutrits — kwantumsystemen met drie niveaus. Hun polarisaties correleren zodanig dat de meting van de ene onmiddellijk de toestand van de andere bepaalt, zelfs wanneer de deeltjes in verschillende richtingen door de detector vliegen.
De analyse van de hoekverdelingen van de vervalproducten maakte het mogelijk de coëfficiënten van de spindichtheidsmatrix te extraheren. De verkregen waarden C_{2,1,2,−1} = −0,71 ± 0,45 en C_{2,2,2,−2} = 0,08 ± 0,44 komen overeen met de voorspellingen van het Standaardmodel. Een aanvullende test op basis van de volledige hoekverdeling verwierp de hypothese van een deelbare toestand met een betrouwbaarheid van 4,7 standaardafwijkingen.
Eerder werd verstrengeling waargenomen bij fotonen, elektronen en quarks. Nu is ze bevestigd voor massieve vectorbosonen bij de energieën van de elektrozwakke wisselwerking — in de orde van 100 GeV. Dit is een fundamenteel ander regime: hier werken de zwakke krachten met hun chirale structuur.
Het resultaat opent de weg naar de bestudering van kwantumcorrelaties in andere vervalkanalen van het Higgs-boson en bij toekomstige runs van de LHC. Dergelijke metingen kunnen licht werpen op de manier waarop de kwantummechanica zich manifesteert in de fundamentele wisselwerkingen bij hoge energieën.
De ontdekking toont aan dat verstrengeling geen exotisch verschijnsel van de microwereld is, maar een inherente eigenschap van deeltjes die in de krachtigste versnellers van de mensheid ontstaan.
