ENGINEERINGNET.BE - D'abord rapporté par ATLAS en septembre 2023, puis confirmé par des observations du CMS, ce résultat a ouvert une nouvelle perspective sur le monde complexe de la physique quantique.
Les équipes d'ATLAS et du CMS ont observé l’intrication quantique entre un quark top et son antiparticule. Ces observations s’appuient sur une méthode récemment proposée consistant à utiliser des paires de quarks top produites au LHC comme nouveau système pour étudier l'intrication quantique.
Le quark top est la particule fondamentale la plus lourde connue. Il se désintègre normalement en d'autres particules avant d'avoir le temps de se combiner avec d'autres quarks, transférant son spin et d'autres caractéristiques quantiques aux particules issues de sa désintégration.
C’est en observant les produits de ces désintégrations que les physiciens peuvent déduire l’orientation du spin du quark top.
Pour observer l'intrication entre les quarks top, les collaborations entre ATLAS et CMS ont sélectionné des paires de quarks top dans les données issues des collisions proton-proton qui ont eu lieu à une énergie de 13 téraélectronvolts pendant la deuxième période d’exploitation du LHC, entre 2015 et 2018.
Ils ont en particulier recherché des paires dans lesquelles les deux quarks sont produits simultanément avec une faible impulsion l'un par rapport à l'autre. Dans ce cas, les spins des deux quarks devraient être fortement intriqués.
L'existence du phénomène d'intrication et le degré d'intrication des spins peuvent être déduits de l'angle entre les directions dans lesquelles sont émis les produits électriquement chargés issus de la désintégration des deux quarks.
En mesurant ces séparations angulaires et en corrigeant les effets expérimentaux qui pourraient altérer les valeurs mesurées, les équipes d'ATLAS et du CMS ont chacune observé une intrication de spin entre les quarks top, avec une signification statistique supérieure à cinq écarts-types.
Dans sa deuxième étude, on a également recherché des paires de quarks top dans lesquelles les deux quarks sont produits simultanément avec une impulsion élevée l'un par rapport à l'autre.
Dans cette configuration, pour une grande fraction des paires de quarks top, les positions et les temps relatifs des deux désintégrations de quarks top devraient, d’après la théorie, exclure l'échange classique d'informations par des particules se déplaçant à une vitesse atteignant au maximum celle de la lumière.
Le CMS a également observé l’intrication de spin entre les quarks top également dans ce cas.
