Физики обнаружили запутанность Z-бозонов на Большом адронном коллайдере
На Большом адронном коллайдере коллаборация ATLAS получила данные, указывающие на квантовую запутанность двух Z-бозонов. Такие частицы появлялись, когда распадался бозон Хиггса. Эффект квантовой механики проявляется даже у тяжёлых и очень короткоживущих частиц, возникающих в столкновениях при высокой энергии. Запутанность означает, что состояния частиц связаны и не описываются по отдельности. Об этом пишет портал Новая Наука.
Измерив одну, можно получить сведения о другой. Альберт Эйнштейн называл это «жутким действием на расстоянии». Раньше явление детально изучали на фотонах, электронах, атомах и ионах. В 2023 году ATLAS сообщил о признаках запутанности у пар топ-кварков, а теперь подобное измерение впервые провели для пары Z-бозонов.
Для анализа взяли данные протонных столкновений, собранные детектором ATLAS при 13 и 13,6 ТэВ. Отбирали события, где Хиггс распадался на пару Z-бозонов, а затем возникали четыре заряженные частицы — электроны или мюоны. Z-бозоны живут примерно 10⁻²⁵ секунды, напрямую их не зафиксировать. Свойства восстанавливали по энергиям и направлениям движения продуктов распада.
Ключом были спины: у запутанной пары траектории вылета электронов и мюонов связаны так, как не бывает при независимом поведении. Данные хорошо совпали с предсказаниями Стандартной модели. Запутанное состояние двух Z-бозонов объясняет наблюдения заметно лучше, чем вариант без квантовой связи. Статистическая значимость — 4,7 стандартного отклонения, до порога открытия в пять стандартных отклонений немного не хватает.
Масса Z-бозона — около 91 ГэВ, а время жизни крайне мало. Авторы полагают, что подобные замеры способны превратиться в новый инструмент для физики высоких энергий. После перехода LHC к высокой светимости ATLAS получит больше событий, где Хиггс будет превращаться в пару Z-бозонов. Работа опубликована в Physical Review Letters.
