Les physiciens de la collaboration ATLAS au Grand collisionneur de hadrons du CERN ont confirmé que l’intrication quantique – le phénomène qu’Albert Einstein appelait « l’action effrayante à distance » – peut survivre dans certaines des conditions les plus extrêmes jamais produites dans un laboratoire.
« L’intrication quantique est l’une des caractéristiques fondamentales de la mécanique quantique, située au cœur de la science de l’information quantique et de la théorie quantique des champs », ont déclaré le professeur Alan Barr de l’Université d’Oxford et ses collègues.
« Aujourd’hui, il sous-tend les technologies émergentes telles que les ordinateurs quantiques, les réseaux de communication quantiques ultra-sécurisés et les capteurs de nouvelle génération. »
« Par exemple, en informatique quantique, l’intrication est utilisée pour manipuler plusieurs qubits en une seule opération, plutôt qu’individuellement. Cela permet d’effectuer plusieurs calculs simultanément. »
« Cependant, on ne savait pas si l’intrication quantique restait intacte dans des conditions plus extrêmes, telles que les particules à courte durée de vie produites lors de collisions hautement énergétiques. »
En utilisant le détecteur ATLAS du Grand collisionneur de hadrons (LHC), les physiciens ont trouvé des preuves solides d’un intrication entre des paires de bosons Z, des particules lourdes à vie courte générées lors de la désintégration d’un boson de Higgs.
Les bosons Z eux-mêmes disparaissent presque instantanément, mais les chercheurs ont pu déduire leurs spins en suivant les électrons et les muons qu’ils laissent derrière eux, reconstruisant les angles selon lesquels ces particules se sont séparées après des collisions se produisant à 13 000 milliards d’électrons-volts.
« Les bosons Z étudiés ont été produits lors de la désintégration d’un boson de Higgs – la particule découverte au LHC en 2012 – qui se divise brièvement en deux bosons Z avant que chacun ne se désintègre davantage en paires d’électrons ou de muons », ont expliqué les scientifiques.
« Les bosons de Higgs sont générés par l’écrasement de protons voyageant à 99,99 % de la vitesse de la lumière : des collisions qui ont des énergies de treize mille milliards d’électrons-volts. »
« Bien que les bosons Z disparaissent presque instantanément, le détecteur ATLAS peut suivre avec précision les électrons et les muons qu’ils laissent derrière eux. »
Cette nouvelle découverte figure parmi les confirmations d’intrication les plus énergétiques jamais enregistrées, étendant un phénomène longtemps associé à des expériences délicates en laboratoire à petite échelle dans le domaine des collisions violentes de particules à haute énergie.
« L’intrication est à la fois l’aspect le plus prometteur et le plus déroutant de la réalité quantique », a déclaré le professeur Chris Timpson de l’Université d’Oxford.
« Ces expériences de collisionneur détectant l’intrication présentent une nouvelle frontière dans l’étude des fondements de la mécanique quantique. »
« Cette mesure démontre la puissance scientifique de la collaboration ATLAS et les capacités uniques du LHC », a ajouté le professeur Daniela Bortoletto de l’Université d’Oxford.
