物理学家发现一种全新类型的量子纠缠

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【大纪元2023年01月25日讯】(大纪元记者林达编译报导)美国布鲁克海文国家实验室(BNL)的物理学家发现了一种全新类型的量子纠缠,这种幽灵般的现象可在任何距离上捆绑一对粒子。新发现称,量子纠缠并不限于完全相同的两个微观粒子之间,也可以发生在两个不同的粒子之间。在粒子对撞机实验中,新类型的量子纠缠让科学家能观察到原子核内部的更多细节,也可能带来其它新的科技。

成对粒子的量子态相互纠缠在一起,以至于无论相距多远,都无法独立地描述其中的任何一个。更奇怪的是,改变一个粒子会立即引发另一个粒子的改变,即便另一个在宇宙的另一端。这个被称为量子纠缠的概念简直不可思议,因为我们人类本身处于经典物理学领域。就连爱因斯坦也会对此感到不安,称其为“幽灵般的超距作用”。然而,几十年的实验一直在支持它,它构成了量子计算机量子网络等新兴技术的基础。

通常,量子纠缠是在本质上相同的光子对或电子对之间进行的。但现在,布鲁克海文国家实验室的研究团队首次检测到量子纠缠发生在不同的粒子对。

这一发现是在布鲁克海文实验室的相对论重离子对撞机(RHIC)上做出的,并发表于1月4日的《科学进展》(Science Advances)上。对撞机通过加速和粉碎金离子来探测早期宇宙中的物质形式。但团队发现,即使离子没有发生碰撞,也可以从中学到很多东西。

加速的金离子被小的光子云包围,当两个离子彼此靠近时,一个离子周围的光子可以捕获另一个离子内部结构的图像,而且比以前观测到的更为详细。光是这一点就足以让物理学家着迷,不过这其实要归功于新发现的量子纠缠形式。

光子与每个金离子核内的基本粒子相互作用,引发级联反应,最终产生一对称为π介子的粒子,一正一负。粒子也可以被描述为波的形式,在这种情况下,来自两个负π介子的波相互增强,而来自两个正π介子的波也相互增强。这导致只有一个正π介子和一个负π介子波函数撞击探测器。

研究者称,这表明每对正负π介子相互纠缠在一起,即处于量子纠缠态。团队表示,如果不是这样,撞击探测器的波函数将是完全随机的。因此,这是首次检测到不同粒子之间的量子纠缠。

“我们测量了两个被输出的粒子,很明显其电荷是不同的——也就是说这是电荷一正一负两个不同的粒子——表明这些粒子相互纠缠或同步,即使它们是可区分的粒子,”该研究的作者之一许长补(Zhangbu Xu,音译)博士说。

随着我们对量子物理学的理解不断扩展,这一发现可能会带来新的技术,例如该团队用来观察金离子核内部的新方法等。◇

责任编辑:叶紫微 #

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