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量子纠缠是量子物理学中最迷东谈主的征象之一。要是两个粒子发生了纠缠，不管它们相距多远，其中一个粒子的情景都会与另一个粒子的情景筹办在一谈。这种令东谈主匪夷所想的征象在经典物理学中甚而找不到相似的对应。

东谈主们还是在多样系统中不雅察到了量子纠缠，也发现了一些艰巨的应用。2022年，阿兰·阿斯佩特（Alain Aspect）、约翰·克劳泽（John Clauser）和安东·塞林格（Anton Zeilinger）因为纠缠光子的冲突性实验而获取了诺贝尔物理学奖。这些实验不仅阐述了表面学家约翰·贝尔（John Bell）对纠缠的预测，还独创了量子信息科学的先河。

但还有一些尚未被探索的限制有待计划。几十年来，东谈主们一直在测量电子和光子等粒子中的纠缠。看成纠缠这种玄机的征象，在能量相比低的环境中最容易测量，比如超低温的环境下。

而像大型强子对撞机（LHC）这么的粒子对撞机则能达到嘈杂的极高能量情景，因此很难从碎屑中测量，这就好比你想在一场摇滚演唱会里听清有东谈主在说暗暗话同样。但科学家绝不怀疑夸克这么的粒子也不错发生纠缠，毕竟粒子物理学深深植根于量子力学之上。

当今，科学家初次在LHC上不雅测到了夸克之间的量子纠缠，是顶夸克和它的反物资伙伴反顶夸克的纠缠。ATLAS团队于2023年9月初次讲解了这一效用，尔后CMS协作组的两次不雅测进行了考据。这为复杂的量子物理天下开荒了新的视角。计划已发表在《当然》上。

顶夸克的纠缠

顶夸克是已知的6味夸克中的一个，亦然已知的最重的基本粒子。它们是质子对撞的家具，但寿命颠倒短，只消10⁻²⁵秒，频繁在来不足与其他夸克王人集之前就会衰变成其他粒子，最常见的是产生一个底夸克、一个反底夸克和两个W玻色子。随后W玻色子会衰变为粒子-中微子对，比如一个电子和一个反中微子，或者一个反μ子和一个μ子中微子。与此同期，顶夸克也会将自旋和其他量子特征传递给衰变粒子。

而物理学家不错哄骗这些衰变家具来臆测顶夸克的自旋标的。先前的计划还发现，通过测量自旋调教 av，不错详情顶夸克是不是确凿纠缠在了一谈。自旋纠缠的存在和进度不错从两个夸克的带电衰变家具放射标的之间的角度臆测出来。

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探伤纠缠夸克的实验表露图。

ATLAS协作组从质子-质子对撞的数据等分析了100万对顶夸克对。它们是在2015年到2018年LHC第二次初始技能，以13万亿电子伏特的能量下发生的。他们超过寻找了有两个夸克同期产生且粒子动量相对较小的对，处于这种情况下的两个夸克的自旋，很有可能发生好坏的纠缠。

通过测量衰变家具放射角度，同期字据实验效应进行改造，ATLAS和CMS团队都不雅测到了顶夸克与它的反物资之间的量子纠缠，统计权臣性大于5个表率差。

在另一项计划中，CMS协作组还寻找了一些超过的顶夸克对，在这些顶夸克对中，两个夸克以相干于互相的高动量同期产生。在这种情况下，关于很大一部分顶夸克对来说，两个顶夸克衰变的相对位置和时候瞻望应该排斥了不越过光速通顺的粒子的经典信终止换的可能性。CMS在这种情况下也不雅测到了顶夸克之间的自旋纠缠。

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更多夸克纠缠

固然这项计划只是触及顶夸克，但它为转换常的夸克纠缠提供了艰巨基础。在新的粒子系统中不雅测到量子纠缠，况且在前所未有的能量鸿沟内进行测量，为计划更多粒子纠缠铺平了谈路。

此外，咱们知谈强力是当然界中已知的四种基本力之一，它厚爱将夸克和胶子牢牢地王人集在一谈酿成质子或中子。然则，强力表面中还有一个中枢问题，那便是物理学家从未不雅测到过单个的夸克和胶子，它们只不错阻滞态“强子”的体式出现，总色荷为零。这种机制被称为色阻滞。也有东谈主建议，色阻滞自己不错看法为佩带色电荷的粒子大要纠缠的极限。因此，探索夸克纠缠最终也可能有望解开强力之谜。

#创作团队：

撰文：Takeko

排版：雯雯

#参考着手：

https://home.cern/news/press-release/physics/lhc-experiments-cern-observe-quantum-entanglement-highest-energy-yet

https://www.nature.com/articles/d41586-024-02973-7

https://www.nature.com/articles/d41586-024-02801-y

#图片着手：

封面图&首图：CERN调教 av

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