頂夸克間存在量子糾纏首獲證實(shí)，為探索世界量子本質(zhì)開辟新途徑
歐洲核子研究中心(CERN)緊湊繆子線圈(CMS)實(shí)驗(yàn)合作組織報(bào)告稱，他們首次確認(rèn)了已知最重的基本粒子頂夸克之間的量子糾纏，為探索世界的量子本質(zhì)提供了新視角。相關(guān)論文發(fā)表于最新一期《CMS 物理分析總結(jié)》雜志。
量子糾纏是一種奇怪的量子現(xiàn)象：即使兩個(gè)粒子相距甚遠(yuǎn)，它們也能緊密地相互關(guān)聯(lián)。當(dāng)兩個(gè)粒子處于兩種或更多不同狀態(tài)的疊加態(tài)時(shí)，就會發(fā)生這種情況。測量一對糾纏粒子中一個(gè)粒子的性質(zhì)，如位置、動量或自旋等，會立即影響另一個(gè)粒子的狀態(tài)。愛因斯坦曾將量子糾纏形象地描述為“幽靈般的超距作用”。量子糾纏現(xiàn)象已成為方興未艾的量子信息科學(xué)的基礎(chǔ)，有望在量子計(jì)算和密碼學(xué)等領(lǐng)域“大顯身手”。
科學(xué)家此前已經(jīng)觀察到光子或電子等穩(wěn)定粒子之間的量子糾纏。頂夸克是基本粒子之一，是粒子物理標(biāo)準(zhǔn)模型中最后一種被發(fā)現(xiàn)的夸克，也是已知最重的基本粒子，壽命極短。在最新研究中，美國羅切斯特大學(xué)物理學(xué)教授瑞金娜·德米娜領(lǐng)導(dǎo)的科研團(tuán)隊(duì)首次發(fā)現(xiàn)，不穩(wěn)定的頂夸克及其反物質(zhì)反頂夸克之間的自旋糾纏，在長距離和高速運(yùn)動狀態(tài)下持續(xù)存在。
研究團(tuán)隊(duì)表示，每個(gè)頂夸克的“體重”跟一個(gè)金原子相當(dāng)，只能在大型強(qiáng)子對撞機(jī)(LHC)等大型對撞機(jī)上產(chǎn)生，因此不太可能用于構(gòu)建量子計(jì)算機(jī)。但他們的這項(xiàng)研究可以揭示頂夸克之間的量子糾纏能持續(xù)多久，是否會傳遞給其“下一代”(衰變產(chǎn)物)，以及是什么最終打破了糾纏。
理論學(xué)家認(rèn)為，在最初的快速暴脹階段后，宇宙處于糾纏狀態(tài)。德米娜及其同事的新發(fā)現(xiàn)可以幫助科學(xué)家進(jìn)一步理解我們身處世界的量子連接因何喪失。
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