Wissenschaftler haben starke Belege dafür gefunden, dass Quantenverschränkung zwischen schweren, extrem kurzlebigen Teilchen entstehen kann. Die Verschränkung bedeutet, dass Teilchen aus derselben Quelle unabhängig von der Entfernung miteinander verbunden bleiben, und wurde von Einstein als „spukhafte Fernwirkung“ bezeichnet. Sie bildet die Grundlage sicherer Kommunikationsnetze und von Quantencomputern. Beim ATLAS-Experiment am CERN wurden Protonen mit 99,99 % der Lichtgeschwindigkeit zur Kollision gebracht, wodurch eine Energie von 13 Billionen Elektronenvolt und ein Higgs-Boson erzeugt wurden. Das 2012 entdeckte Higgs-Boson wies das Feld nach, das Teilchen Masse verleiht. In den beiden Z-Bosonen, die beim Zerfall des Higgs-Bosons entstanden, wurden erstmals starke Belege für Verschränkung festgestellt. Die Richtungen der Elektronen und Myonen, die von den in deutlich weniger als einer Sekunde zerfallenden Z-Bosonen zurückblieben, wurden mit dem ATLAS-Detektor gemessen.
Warum das wichtig ist
Der Befund weitet den Umfang der Verschränkungsforschung auf schwere und extrem kurzlebige Teilchen aus. Der Zerfall des Higgs-Bosons ermöglicht es, Prozesse im Zusammenhang mit dem Feld, das Teilchen Masse verleiht, und die Quantenverschränkung im selben experimentellen Rahmen zu untersuchen. Da Z-Bosonen innerhalb kürzester Zeit zerfallen, stützt sich die Auswertung weniger auf diese Teilchen selbst als vielmehr auf die Messung der Richtungen der von ihnen zurückgelassenen Elektronen und Myonen; dadurch kommt dem ATLAS-Detektor eine entscheidende Rolle zu. Das Ergebnis zeigt, dass das Phänomen, das sicheren Kommunikationsnetzen und Quantencomputern zugrunde liegt, auch bei hochenergetischen Teilchenkollisionen untersucht werden kann. Zugleich bleibt angesichts der Tatsache, dass die aktuellen Daten starke Belege liefern, die Unterscheidung zwischen einer endgültigen Bestätigung und einem starken experimentellen Hinweis gewahrt.