Les chercheurs du CERN ont réussi à observer l’intrication quantique entre les « quarks top » et aux plus hautes énergies. Cette observation a été signalée pour la première fois en septembre 2023 et a depuis été confirmée par une première et une deuxième observation. Les paires de « quarks top » produites au Grand collisionneur de hadrons (LHC) ont été utilisées comme nouveau système pour étudier l’intrication.
Les « quarks top » sont les particules fondamentales les plus lourdes. Elles se désintègrent rapidement en transférant leur spin aux particules de désintégration. L'orientation du spin du quark top est déduite de l'observation des produits de désintégration.
L’équipe de recherche a observé l’intrication quantique entre un « quark top » et son homologue d’antimatière à une énergie de 13 téraélectronvolts (1 TeV=1012 eV). Il s'agit de la première observation d'intrication dans une paire de quarks (quark top et antiquark top) et de l'observation d'intrication à la plus haute énergie jusqu'à présent.
L'intrication quantique à haute énergie est restée largement inexplorée. Cette avancée ouvre la voie à de nouvelles études.
Dans les particules intriquées quantiques, l'état d'une particule dépend des autres, indépendamment de la distance et du milieu qui les sépare. L'état quantique d'une particule ne peut pas être décrit indépendamment de l'état des autres particules du groupe de particules intriquées. Tout changement dans l'une influence les autres. Par exemple, une paire d'électrons et de positons provenant de la désintégration d'un méson pi sont intriqués. Leurs spins doivent s'additionner au spin du méson pi, donc en connaissant le spin d'une particule, nous connaissons le spin de l'autre particule.
En 2022, le prix Nobel de physique a été attribué à Alain Aspect, John F. Clauser et Anton Zeilinger pour leurs expériences avec des photons intriqués.
L'intrication quantique a été observée dans une grande variété de systèmes. Elle a trouvé des applications dans la cryptographie, la métrologie, l'information quantique et le calcul quantique.
***
Références:
- CERN. Communiqué de presse – Les expériences LHC du CERN observent l'intrication quantique à la plus haute énergie jamais atteinte. Publié le 18 septembre 2024. Disponible à l'adresse https://home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-cern-observe-quantum-entanglement-highest-energy-yet
- La collaboration ATLAS. Observation de l'intrication quantique avec les quarks top au détecteur ATLAS. Nature 633, 542–547 (2024). https://doi.org/10.1038/s41586-024-07824-z
***
| PARTICULES FONDAMENTALES – Un coup d’oeil rapide |
| Les particules fondamentales sont classées en fermions et en bosons en fonction du spin. |
| [UNE]. Les FERMIONS ont un spin en valeurs entières impaires (½, 3/2, 5/2, ….). Ce sont particules de matière comprenant tous les quarks et les leptons. – suivre les statistiques de Fermi–Dirac, – avoir un spin demi-entier impair – obéissent au principe d’exclusion de Pauli, c’est-à-dire que deux fermions identiques ne peuvent pas occuper le même état quantique ou la même position dans l’espace avec le même numéro quantique. Ils ne peuvent pas tous deux tourner dans la même direction, mais ils peuvent tourner dans des directions opposées  Les fermions comprennent tous les quarks et les leptons, ainsi que toutes les particules composites constituées d'un nombre impair de ceux-ci. - Quarks = six quarks (up, down, strange, charm, bottom et top). – Se combinent pour former des hadrons tels que des protons et des neutrons. – Ne peut pas être observé en dehors des hadrons. – Leptons = électrons + muons + tau + neutrino + neutrino muonique + neutrino tau. – Les « électrons », les « quarks up » et les « quarks down » sont les trois constituants les plus fondamentaux de tout ce qui existe dans l’univers. – Les protons et les neutrons ne sont pas fondamentaux mais sont constitués de « quarks up » et de « quarks down » et sont donc particules compositesLes protons et les neutrons sont chacun constitués de trois quarks : un proton est constitué de deux quarks « up » et d’un quark « down » tandis qu’un neutron contient deux quarks « down » et un quark « up ». « Up » et « down » sont deux « saveurs », ou variétés, de quarks. - Baryons sont des fermions composites constitués de trois quarks, par exemple, les protons et les neutrons sont des baryons - hadrons sont composés uniquement de quarks, par exemple les baryons sont des hadrons. |
| [B]. Les BOSONS ont un spin en valeurs entières (0, 1, 2, 3, ….) – Les bosons suivent la statistique de Bose-Einstein ; ils ont un spin entier. – nommé d’après Satyendra Nath Bose (1894–1974), qui, avec Einstein, a développé les principales idées derrière la thermodynamique statistique d'un gaz de bosons. – n’obéissent pas au principe d’exclusion de Pauli, c’est-à-dire que deux bosons identiques peuvent occuper le même état quantique ou le même emplacement dans l’espace avec le même numéro quantique. Ils peuvent tous deux tourner dans la même direction, – Les bosons élémentaires sont le photon, le gluon, le boson Z, le boson W et le boson de Higgs. Le boson de Higgs a un spin = 0 tandis que les bosons de jauge (c'est-à-dire le photon, le gluon, le boson Z et le boson W) ont un spin = 1. – Les particules composites peuvent être des bosons ou des fermions selon leurs constituants. – Toutes les particules composites constituées d’un nombre pair de fermions sont des bosons (car les bosons ont un spin entier et les fermions ont un spin demi-entier impair). – Tous les mésons sont des bosons (car tous les mésons sont constitués d'un nombre égal de quarks et d'antiquarks). Les noyaux stables avec des nombres de masse pairs sont des bosons, par exemple le deutérium, l'hélium-4, le carbone -12, etc. – Les bosons composites n’obéissent pas non plus au principe d’exclusion de Pauli. – Plusieurs bosons dans le même état quantique fusionnent pour former «Condensat de Bose-Einstein (BEC). » |
***
