在世界上最大的原子對撞機(jī)上，物理學(xué)家首次觀察到兩個(gè)夸克處于量子糾纏狀態(tài)。這一發(fā)現(xiàn)被認(rèn)為是非常了不起的,為對這個(gè)迷人現(xiàn)象的新調(diào)查鋪平了道路。

在日內(nèi)瓦附近的歐洲核子研究中心(CERN)的大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)上,物理學(xué)家們?nèi)〉昧艘豁?xiàng)令人振奮的發(fā)現(xiàn)。他們首次成功觀察到兩個(gè)夸克——最基本的亞原子粒子之一——處于量子糾纏狀態(tài)。這種量子糾纏現(xiàn)象,是在迄今為止最高能量下首次被探測到?！白罡吣芰俊蓖ǔＶ傅氖窃谔囟▽?shí)驗(yàn)或觀測條件下，粒子或輻射所能達(dá)到的最大能量水平。人類現(xiàn)在獲取新粒子的方法，主要就是采用粒子碰撞的方案，也就是將粒子加速到接近光速后發(fā)生碰撞，根據(jù)愛因斯坦的質(zhì)能方程，相同質(zhì)量的物體，速度越快，其能量越大，粒子也是同理

這一發(fā)現(xiàn)不僅驗(yàn)證了量子力學(xué)的奇妙特性,也為未來進(jìn)一步研究這一神秘現(xiàn)象開辟了新的可能性。通過對這種量子糾纏狀態(tài)的深入探索,科學(xué)家們希望能夠揭開宇宙最基本結(jié)構(gòu)的更多謎團(tuán)。

這一觀測是在CERN的大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)上進(jìn)行的,揭示了頂夸克——最重的基本粒子——與其反物質(zhì)對應(yīng)物在迄今為止最高能量的糾纏狀態(tài)中量子連接。研究人員于9月18日在《自然》雜志上發(fā)表了他們的發(fā)現(xiàn)。

ATLAS實(shí)驗(yàn)(環(huán)形強(qiáng)子對撞機(jī)裝置)是LHC上最大的探測器,它能夠識別出粒子束以接近光速相互碰撞后產(chǎn)生的微小亞原子粒子。"雖然粒子物理學(xué)深深植根于量子力學(xué),但在新的粒子系統(tǒng)中觀察到量子糾纏,并且能量比以往可能的要高得多,這是非常了不起的,"ATLAS實(shí)驗(yàn)的發(fā)言人安德烈亞斯·霍克在電子郵件聲明中說。

這一發(fā)現(xiàn)打開了一扇全新的研究大門。糾纏的粒子具有相互連接的屬性,因此對其中一個(gè)的改變會(huì)瞬間導(dǎo)致另一個(gè)的改變,即使它們相隔很遠(yuǎn)的距離。這種"遠(yuǎn)距離的鬼魅作用"曾經(jīng)被愛因斯坦所質(zhì)疑,但后來的實(shí)驗(yàn)證明了這種奇異的、違反局域性效應(yīng)確實(shí)是真實(shí)存在的。

量子糾纏現(xiàn)象是量子物理中最神奇的概念之一。1935年,愛因斯坦、波多爾斯基和羅森(EPR)提出了一個(gè)著名的悖論,質(zhì)疑這種"鬼魅作用"是否真實(shí)存在。他們認(rèn)為,如果兩個(gè)粒子真的能夠瞬間影響彼此,那就意味著存在超光速的信息傳遞,這違背了相對論的基本原理。然而,1964年,物理學(xué)家約翰·貝爾提出了一個(gè)著名的理論,也被稱為貝爾不等式,證明了量子糾纏確實(shí)是真實(shí)存在的。此后的許多實(shí)驗(yàn)也進(jìn)一步驗(yàn)證了這一理論。

量子糾纏在量子計(jì)算、量子通信等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用前景。例如,量子計(jì)算機(jī)就利用量子糾纏來進(jìn)行高效的信息處理。而量子加密技術(shù)則利用光子的糾纏狀態(tài)來實(shí)現(xiàn)安全通信?？茖W(xué)家們正在努力探索量子糾纏在各個(gè)領(lǐng)域的更多應(yīng)用可能性。

然而,糾纏的許多方面仍然未被探索,夸克之間的糾纏就是其中之一。這是因?yàn)檫@些亞原子粒子不能單獨(dú)存在,而是融合在一起形成各種被稱為強(qiáng)子的粒子"配方"。當(dāng)單個(gè)夸克從強(qiáng)子中被撕裂出來時(shí),用于提取它們的能量使它們立即變得不穩(wěn)定,并在稱為強(qiáng)子化的過程中分解成較小粒子的分支噴射。

這意味著要觀察頂夸克和反夸克的糾纏,科學(xué)家們必須從數(shù)十億其他粒子中挑選出它們分解成的獨(dú)特粒子。特別是,他們尋找了只有在糾纏粒子之間才會(huì)出現(xiàn)的特定角度發(fā)射的粒子。通過測量這些角度并校正可能改變它們的實(shí)驗(yàn)效應(yīng),團(tuán)隊(duì)觀察到頂夸克之間的糾纏具有足夠大的統(tǒng)計(jì)顯著性,被認(rèn)為是真實(shí)的。

這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)讓科學(xué)家們非常興奮,因?yàn)樗粌H證實(shí)了夸克也能進(jìn)入量子糾纏狀態(tài),而且這種糾纏發(fā)生在前所未有的高能量水平上。這為進(jìn)一步探索量子糾纏現(xiàn)象,以及推進(jìn)粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型開辟了新的可能性。通過研究這種高能量下的量子糾纏,科學(xué)家們希望能夠發(fā)現(xiàn)新的物理規(guī)律,甚至尋找到標(biāo)準(zhǔn)模型之外的新物理理論。

"通過在新的粒子系統(tǒng)中測量糾纏和其他量子概念,并在以前無法達(dá)到的能量范圍內(nèi)進(jìn)行,我們可以以新的方式測試粒子物理學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)模型,并尋找可能存在于其之外的新物理跡象,"CMS實(shí)驗(yàn)的發(fā)言人帕特里夏·麥克布賴德在聲明中說。隨著LHC的數(shù)據(jù)樣本不斷增加,科學(xué)家們將有機(jī)會(huì)進(jìn)一步探索這一令人興奮的發(fā)現(xiàn),為我們揭示更多關(guān)于宇宙最基本結(jié)構(gòu)的奧秘。