Nas entranhas do Grande Colisor de Hádrons nascem pares de bósons Z pesados, cujos spins se mostram inextricavelmente ligados. Os cientistas da colaboração ATLAS mediram pela primeira vez esse emaranhamento quântico diretamente, utilizando decaimentos do bóson de Higgs.
O experimento baseia-se no processo H → ZZ* → quatro léptons. Os dois bósons Z, cada um com spin 1, comportam-se como qutrits — sistemas quânticos de três níveis. Suas polarizações se correlacionam de tal modo que a medição de uma determina instantaneamente o estado da outra, mesmo que as partículas se afastem em direções opostas do detector.
A análise das distribuições angulares dos produtos de decaimento permitiu extrair os coeficientes da matriz de densidade dos spins. Os valores obtidos C_{2,1,2,−1} = −0,71 ± 0,45 e C_{2,2,2,−2} = 0,08 ± 0,44 concordam com as previsões do Modelo Padrão. Um teste adicional pela distribuição angular completa rejeitou a hipótese de estado separável com confiança de 4,7 desvios padrão.
Anteriormente, o emaranhamento foi observado em fótons, elétrons e quarks. Agora ele foi confirmado para bósons vetoriais massivos em energias da interação eletrofraca — da ordem de 100 GeV. Trata-se de um regime fundamentalmente distinto: aqui atuam as forças fracas com sua estrutura quiral.
O resultado abre caminho para o estudo de correlações quânticas em outros canais de decaimento do Higgs e em futuras execuções do LHC. Tais medições podem lançar luz sobre como a mecânica quântica se manifesta nas interações fundamentais em altas energias.
A descoberta mostra que o emaranhamento não é uma excentricidade do micromundo, mas uma propriedade intrínseca das partículas que nascem nos mais potentes aceleradores da humanidade.
