Osservato l’entanglement quantistico alle massime energie

Roma – L’entanglement quantistico è una caratteristica affascinante della fisica quantistica, la teoria del moltao piccolo: se due particelle sono quantisticamente legate, lo stato di una particella è legato a quello dell’altra, indipendentemente dalla distanza tra le particelle. Questo fenomeno sconvolgente, che non ha analoghi nella fisica classica, è stato osservato in un’ampia varietà di sistemi e ha trovato diverse importanti applicazioni, come la crittografia quantistica e l’informatica quantistica. Nel 2022, il Premio Nobel per la Fisica è stato assegnato ad Alain Aspect, John F. Clauser e Anton Zeilinger per gli esperimenti rivoluzionari sui fotoni entangled. Questi esperimenti hanno confermato le previsioni sulla manifestazione dell’entanglement fatte dal defunto teorico del CERN John Bell e hanno aperto la strada alla scienza dell’informazione quantistica. L’entanglement è rimasto in gran parte inesplorato alle alte energie accessibili ai collisori di particelle come il Large Hadron Collider, LHC. In uno studio pubblicato oggi su Nature, ATLAS riferisce di essere riuscita a osservare per la prima volta l’entanglement quantistico all’LHC, tra particelle fondamentali chiamate top quark e alle energie più alte mai raggiunte. Segnalato per la prima volta da ATLAS nel settembre 2023 e successivamente confermato da due osservazioni effettuate dalla collaborazione CMS, questo risultato ha aperto una nuova prospettiva sul complesso mondo della fisica quantistica. “Sebbene la fisica delle particelle sia profondamente radicata nella meccanica quantistica, l’osservazione dell’entanglement quantistico in un nuovo sistema di particelle e a un’energia molto più alta di quanto fosse possibile in precedenza è notevole”, ha affermato Andreas Hoecker. portavoce di ATLAS. “Apre la strada a nuove indagini su questo affascinante fenomeno, aprendo un ricco menu di esplorazione man mano che i nostri campioni di dati continuano a crescere”, ha continuato Hoecker. Le squadre di ATLAS e CMS hanno osservato l’entanglement quantistico tra un quark top e la sua controparte di antimateria. Le osservazioni si basano su un metodo recentemente proposto per utilizzare le coppie di quark top prodotte a LHC come nuovo sistema per studiare l’entanglement. Il quark top è la più pesante particella fondamentale conosciuta. Normalmente decade in altre particelle prima di avere il tempo di combinarsi con altri quark, trasferendo il suo spin e altre caratteristiche quantistiche alle particelle di decadimento. I fisici osservano e usano questi prodotti di decadimento per dedurre l’orientamento dello spin del quark top. Per osservare l’entanglement tra i quark top, le collaborazioni ATLAS e CMS hanno selezionato coppie di quark top dai dati delle collisioni protone-protone avvenute a un’energia di 13 teraelettronvolt durante la seconda fase di LHC, tra il 2015 e il 2018. In particolare, hanno cercato coppie in cui i due quark sono prodotti simultaneamente con un basso momento delle particelle l’uno rispetto all’altro. In questo caso si prevede che gli spin dei due quark siano fortemente entangled. L’esistenza e il grado di intreccio degli spin possono essere dedotti dall’angolo tra le direzioni di emissione dei prodotti di decadimento elettricamente carichi dei due quark. Misurando queste separazioni angolari e correggendo gli effetti sperimentali che potrebbero alterare i valori misurati, i gruppi di ricerca di ATLAS e CMS hanno osservato l’entanglement di spin tra i quark top con una significatività statistica superiore a cinque deviazioni standard. Nel suo secondo studio, CMS ha cercato anche coppie di quark top in cui i due quark sono prodotti simultaneamente con un elevato momento l’uno rispetto all’altro. In questo dominio, per una grande frazione di coppie di quark top, si prevede che le posizioni e i tempi relativi dei due decadimenti dei quark top siano tali da escludere lo scambio classico di informazioni da parte di particelle che viaggiano a non più della velocità della luce, e CMS ha osservato l’entanglement di spin tra i quark top anche in questo caso. “Con le misurazioni dell’entanglement e di altri concetti quantistici in un nuovo sistema di particelle e a un intervallo di energia superiore a quello precedentemente accessibile, possiamo testare il modello standard della fisica delle particelle in modi nuovi e cercare i segni di una nuova fisica che potrebbe trovarsi al di là di esso”, ha dichiarato Patricia McBride, portavoce del CMS. (30Science.com)