Gekoppelte Schwergewichte: Physiker haben erstmals die Verschränkung von zwei Top-Quarks nachgewiesen – den schwersten bekannten Elementarteilchen. Die im Teilchenbeschleuniger LHC beobachtete Kopplung der Top-Quarks ist der erste Beleg dafür, dass Quarks sich überhaupt verschränken können. Gleichzeitig ist dies die Verschränkung mit der höchsten je bei diesem quantenphysikalischen Phänomen nachgewiesenen Energie, wie das Team in „Nature“ berichtet.
Bei der quantenphysikalischen Verschränkung sind zwei Teilchen so miteinander gekoppelt, dass ein Zustandswechsel eines Partners auch den Zustand des anderen verändert. Dies geschieht instantan und unabhängig von der Entfernung – Einstein bezeichnete die Verschränkung daher auch als „spukhafte Fernwirkung“. Physiker haben bereits verschiedenste Teilchen auf diese Weise miteinander gekoppelt – von Photonen über Atome bis hin zu ganzen Molekülen. Dies bildet die Grundlage für Quantencomputer, Quantenkryptografie oder die Übertragung von Quantendaten.
Das Problem der Quark-Isolierung
Doch eine Frage blieb offen: Lassen sich auch die kleinsten Bausteine der Materie, die Quarks, miteinander verschränken? Existiert dieses Phänomen womöglich sogar von Natur aus – beispielsweise im Atomkern? In ihm bilden jeweils drei dieser Elementarteilchen die Protonen und Neutronen, sie werden dabei von den Trägerteilchen der starken Kernkraft zusammengehalten. Das Problem jedoch: Quarks kommen unter normalen Bedingungen nie einzeln vor. Sobald sie entstehen, verbinden sie sich zu Zweier- oder Dreierkombinationen.
Unter normalen Umständen ist es deshalb schlicht unmöglich, Paare aus einzelnen Quarks zu erzeugen und auf ihre Verschränkung hin zu untersuchen. An diesem Punkt kommt der Large Hadron Collider (LHC) ins Spiel – der stärkste Teilchenbeschleuniger der Welt. Wenn in ihm Protonen mit 13 Teraelektronenvolt Energie kollidieren, entstehen kurzlebige Paare aus einen Top-Quark und seinem Antiteilchen, dem Anti-Top-Quark. Top-Quarks sind die schwersten aller Elementarteilchen.
