La physique quantique diffère profondément de la physique ordinaire . Pourtant les prédictions de l’une et de l’autre, bien que différentes, sont régulièrement vérifées par les physiciens. Il en est ainsi du test des inégalités de Bell (https://fr.wikipedia.org/wiki/Exp%C3%A9riences_sur_les_in%C3%A9galit%C3%A9s_de_Bell).
Il en est ainsi aussi de l’intrication ou entanglement qui sous certaines conditions réunit deux particules distinctes pour les faire se comporter comme une particule unique. En Février 2024, une équipe de physiciens dirigée par le Pr Alan Barr de l’Université d’Oxford (https://www.merton.ox.ac.uk/people/professor-alan-barr) publia un article dont on trouvera ci-dessous les références et l’abstract.
Cet article commente une expérience qu’ils viennent de conduire à l’intérieur du LHC montrant qu’une paire de particules fondamentales dites top quarks pouvait être mise en état d’intrication quantique. (https://fr.wikipedia.org/wiki/Intrication_quantique).
Depuis ils ont fait d’autres expériences d’intrication qui donnèrent le même résultat. Ceci les conduisit à se demander si le LHC, au delà des découvertes qu’il a déjà permises, dont celle du boson de Higgs (voir https://fr.wikipedia.org/wiki/Boson_de_Higgs), ne pourrait pas permettre de comprendre pourquoi l’univers tel que décrit par la théorie quantique est si différent de l’espace-temps classique décrit par la physique einsténienne, tout en étant l’un et l’autre vérifiés au sens scientifique que du terme.
Ceci dit, l’intérieur du LHC alors que celui ci est en fonctionnement et que la température y atteint – 271 degrés est-il comparable à l’espace ordinaire, celui dans lequel nous vivons. De même, l’intrication avait été testée sur des particules de rubidium très proches les unes des autres. Leur distances était des milliards de fois plus proche que celles utilisées jusqu’ici pour tester l’intrication. Celles aujourd’hui peuvent atteindre plusieurs kilomètres . Il serait certainement possible de faire mieux.
Ainsi l’intrication entre bits quantiques étant au cœur du fonctionnement des calculateurs quantiques, pourquoi ne pas expérimenter prochainement l’intrication entre trois voire plusieurs particules quantiques. Ces états sont quasi impossibles aujourd’hui à obtenir en laboratoire mais ils se produisent sans difficulté lors des collisions de particules survenant dans le LHC.
Il n’est pas exclu que ce faisant les physiciens comprennent mieux ce qui se passe à l’intérieur des trous noirs, ou fassent apparaître l’existence de nouvelles particules et forces, sans exclure celle d’un très controversé multivers.
Référence
29 Feb 2024 (this version, v2)]
Quantum entanglement and Bell inequality violation at colliders
Alan J. Barr, Marco Fabbrichesi, Roberto Floreanini, Emidio Gabrielli, Luca Marzola
The study of entanglement in particle physics has been gathering pace in the past few years. It is a new field that is providing important results about the possibility of detecting entanglement and testing Bell inequality at colliders for final states as diverse as top-quark or τ-lepton pairs, massive gauge bosons and vector mesons. In this review, after presenting definitions, tools and basic results that are necessary for understanding these developments, we summarize the main findings — as published up to the end of year 2023. These investigations have been mostly theoretical since the experiments are only now catching up, with the notable exception of the observation of entanglement in top-quark pair production at the Large Hadron Collider. We include a detailed discussion of the results for both qubit and qutrits systems, that is, final states containing spin one-half and spin one particles. Entanglement has also been proposed as a new tool to constrain new particles and fields beyond the Standard Model and we introduce the reader to this promising feature as well.
| Comments: | Review article to appear in Progress in Particle and Nuclear Physics, text improved, new references added |
| Subjects: | High Energy Physics – Phenomenology (hep-ph); High Energy Physics – Experiment (hep-ex); Quantum Physics (quant-ph) |
| Cite as: | arXiv:2402.07972 [hep-ph] |
| (or arXiv:2402.07972v2 [hep-ph] for this version) |
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