顶夸克间存在量子纠缠首获证实,为探索世界量子本质开辟新途径

2024-06-18 11:12:58     来源:中国科技网

欧洲核子研究中心(CERN)紧凑缪子线圈(CMS)实验合作组织报告称,他们首次确认了已知最重的基本粒子顶夸克之间的量子纠缠,为探索世界的量子本质提供了新视角。相关论文发表于最新一期《CMS 物理分析总结》杂志。

CMS实验设施内部。图片来源:CERN

量子纠缠是一种奇怪的量子现象:即使两个粒子相距甚远,它们也能紧密地相互关联。当两个粒子处于两种或更多不同状态的叠加态时,就会发生这种情况。测量一对纠缠粒子中一个粒子的性质,如位置、动量或自旋等,会立即影响另一个粒子的状态。爱因斯坦曾将量子纠缠形象地描述为“幽灵般的超距作用”。量子纠缠现象已成为方兴未艾的量子信息科学的基础,有望在量子计算和密码学等领域“大显身手”。

科学家此前已经观察到光子或电子等稳定粒子之间的量子纠缠。顶夸克是基本粒子之一,是粒子物理标准模型中最后一种被发现的夸克,也是已知最重的基本粒子,寿命极短。在最新研究中,美国罗切斯特大学物理学教授瑞金娜·德米娜领导的科研团队首次发现,不稳定的顶夸克及其反物质反顶夸克之间的自旋纠缠,在长距离和高速运动状态下持续存在。

研究团队表示,每个顶夸克的“体重”跟一个金原子相当,只能在大型强子对撞机(LHC)等大型对撞机上产生,因此不太可能用于构建量子计算机。但他们的这项研究可以揭示顶夸克之间的量子纠缠能持续多久,是否会传递给其“下一代”(衰变产物),以及是什么最终打破了纠缠。

理论学家认为,在最初的快速暴胀阶段后,宇宙处于纠缠状态。德米娜及其同事的新发现可以帮助科学家进一步理解我们身处世界的量子连接因何丧失。


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