В недрах Большого адронного коллайдера рождаются пары тяжёлых Z-бозонов, чьи спины оказываются неразрывно связаны. Учёные коллаборации ATLAS впервые измерили эту квантовую запутанность напрямую, используя распады бозона Хиггса.
Эксперимент опирается на процесс H → ZZ* → четыре лептона. Два Z-бозона, каждый со спином 1, ведут себя как кутриты — трёхуровневые квантовые системы. Их поляризации коррелируют так, что измерение одной мгновенно определяет состояние другой, даже если частицы разлетаются в разные стороны детектора.
Анализ угловых распределений продуктов распада позволил извлечь коэффициенты матрицы плотности спинов. Полученные значения C_{2,1,2,−1} = −0,71 ± 0,45 и C_{2,2,2,−2} = 0,08 ± 0,44 согласуются с предсказаниями Стандартной модели. Дополнительный тест по полному угловому распределению отверг гипотезу разделимого состояния с достоверностью 4,7 стандартных отклонения.
Ранее запутанность наблюдали у фотонов, электронов и кварков. Теперь она подтверждена для массивных векторных бозонов на энергиях электрослабого взаимодействия — порядка 100 ГэВ. Это принципиально иной режим: здесь действуют слабые силы с их хиральной структурой.
Результат открывает путь к изучению квантовых корреляций в других каналах распада Хиггса и при будущих запусках LHC. Такие измерения могут пролить свет на то, как квантовая механика проявляется в фундаментальных взаимодействиях при высоких энергиях.
Открытие показывает, что запутанность — не экзотика микромира, а неотъемлемое свойство частиц, рождающихся в самых мощных ускорителях человечества.
