Negli esperimenti condotti al Large Hadron Collider (LHC), è stato osservato per la prima volta l’entanglement quantistico dei quark top, le particelle elementari più pesanti finora conosciute. Questo fenomeno è stato rilevato a livelli energetici estremamente elevati, superando di dodici ordini di grandezza le energie tipiche degli esperimenti standard di entanglement.
I primi risultati, ottenuti dall’esperimento ATLAS lo scorso anno, sono stati successivamente confermati dal Compact Muon Solenoid (CMS), un altro rivelatore del LHC. Entrambi i rivelatori hanno documentato un entanglement di spin tra coppie di quark top, con una significatività statistica superiore a cinque deviazioni standard, confermando che si tratta di una vera scoperta, non di un fenomeno casuale.
Andreas Hoecker, portavoce dell’ATLAS, ha sottolineato che la fisica delle particelle è profondamente intrecciata con i principi della meccanica quantistica, e l’osservazione dell’entanglement in un sistema particellare così nuovo, ad energie tanto elevate, rappresenta un traguardo eccezionale. Questa scoperta apre nuove strade per esplorare ulteriormente questo misterioso fenomeno, man mano che i dati degli esperimenti diventano sempre più abbondanti.
L’entanglement quantistico è uno stato in cui due o più particelle sono legate in modo tale che lo stato di una influisce immediatamente sull’altra, indipendentemente dalla distanza che le separa. Anche se controintuitivo, questo non viola le leggi della fisica, poiché non implica un trasferimento di informazioni più veloce della luce; il cambiamento di stato è semplicemente istantaneo.
Focalizzandosi sui quark top, questi sono particelle fondamentali simili ai quark up che compongono i protoni e neutroni presenti negli atomi. Tuttavia, i quark top hanno una massa molto maggiore, comparabile a quella di una molecola di caffeina, e sono estremamente instabili, decadendo in appena 5×10−25 secondi, un tempo incredibilmente breve rispetto alla scala cosmica.
Nonostante la loro brevissima esistenza, lo studio del decadimento dei quark top è essenziale, poiché fornisce informazioni su altre particelle fondamentali. Nell’analisi condotta dal team del CMS, è stata studiata la formazione di coppie di quark top ad alto momento angolare. Queste coppie non avrebbero potuto scambiarsi informazioni in modo tradizionale senza violare il principio di causalità (che impone il limite della velocità della luce), ma l’entanglement era comunque presente, come previsto dalla teoria quantistica.
Questa osservazione fornisce nuove basi per indagare i limiti estremi della fisica quantistica e il Modello Standard delle particelle, aprendo la porta a nuovi test sperimentali. Come ha spiegato Patricia McBride, portavoce del CMS, misurare l’entanglement e altri concetti della meccanica quantistica in nuovi sistemi particellari a livelli energetici mai raggiunti prima permette di esplorare il Modello Standard sotto nuove prospettive, cercando segni di fisica che potrebbero andare oltre l’attuale comprensione.