艺术家的印象,一个量子对的顶部夸克。(图片:欧洲核研究组织)

量子纠缠是量子物理学的一个迷人的特征--非常小的理论。如果两个粒子是量子纠缠在一起的,那么一个粒子的状态与另一个粒子的状态是联系在一起的,无论粒子之间的距离有多远。这种在经典物理学中没有类似现象的思维扭曲现象已经在各种系统中观察到,并发现了一些重要的应用,如量子密码学和量子计算。在2022年, 诺贝尔物理学奖 被授予阿兰方面,约翰F。克拉塞和安东齐林格关于纠缠光子的开创性实验。这些实验证实了对纠缠表现的预测 由已故欧洲核研究中心理论家约翰·贝尔创作 开创了量子信息科学。

粒子对撞机的高能量,如 大型强子对撞机 (LHC). In an 文章 今天发表于 自然界 …… 地图集 协作报告了它是如何首次成功地观测到了大型强子对撞机(LHC)上的量子纠缠,即所谓的顶夸克和迄今为止最高能量之间的基本粒子之间的纠缠。第一次报告是 2023年9月nt 从那以后 两个的 意见 由 通信管理系统 协作,这一结果为量子物理学的复杂世界开辟了新的视角.

"虽然粒子物理学深深植根于量子力学,但对新粒子系统中的量子纠缠和比以前高得多的能量的观察却是引人注目的,"阿特拉斯的发言人安德烈亚斯·霍克说。"它为对这一令人着迷的现象进行新的调查铺平了道路,随着我们的数据样本的不断增长,它为丰富的探索活动打开了大门。"

为了观察顶夸克之间的纠缠,阿特拉斯系统和移相系统协作从2015年至2018年期间在大型强子对撞机第二次运行期间以13太电子伏特能量发生的质子-质子碰撞的数据中挑选出对顶夸克。特别是,他们寻找两个夸克同时产生,相对于彼此的低粒子动量的对。这就是两夸克的旋转被强烈纠缠的地方。

从两个夸克的电荷衰变产物所发出的方向之间的角度可以推断出旋转纠缠的存在和程度。通过测量这些角分离和修正可能改变测量值的实验效应,阿特拉斯系统和中央气象系统小组分别观测到具有统计意义的顶部夸克之间的旋转纠缠,其幅度大于 五项标准偏差 .

在它的 第二次研究 ,cms的合作也寻找对顶部夸克,在其中两个夸克同时生产,相对于彼此的高动量。在这个领域中,对于大部分的顶夸克对,两个顶夸克衰变的相对位置和时间预测是这样的,即不包括粒子以不超过光速的速度流动的经典信息交换,而在这种情况下,cms也观察到顶夸克之间的旋转纠缠。