@ 2019.05.20 , 10:00

大型强子对撞机实验显示,质子内部处于量子纠缠态

质子很复杂。亚原子粒子本身由更小的夸克和胶子组成。现在,来自大型强子对撞机的数据暗示,质子的各种成分并非是独立的。4月26日,三位物理学家在arXiv.org上发表论文称,它们被量子纠缠束缚到一起。

以前的各种实验里,我们在比质子大得多的尺度观察到过量子纠缠态。

在量子力学里,当几个粒子在彼此相互作用后,由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质,无法单独描述各个粒子的性质,只能描述整体系统的性质,则称这现象为量子缠结或量子纠缠(quantum entanglement)。量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象;在经典力学里,找不到类似的现象。——百科

在实验中,2个纠缠粒子似乎能够瞬间“交换”信息,即使彼此的距离达数千公里。虽然科学家们怀疑质子内部存在量子纠缠现象,但是一直未能通过实验证明,质子直径大约是万亿分之一毫米。

新研究中,团队分析了质子碰撞的数据——大量质子在日内瓦的大型强子对撞机上被加速并猛烈撞击彼此。利用CMS实验的数据,研究人员计算出质子内纠缠产生的熵。熵是一种属性,用来衡量无序的程度。

如果质子内存在纠缠,那么这些联系将会产生额外的熵。可以通过计算每次碰撞所产生的粒子数目来指代这部分熵。研究人员发现,结果与质子内部纠缠理论所给出的预言相符。现在论文正等待同行评审。

德国海德堡大学的理论物理学家Stefan Floerchinger认为,证据还不够显著。他没有参与这项研究。

为了最终确认,需要进行严格的实验以排除其他可能的解释。相反,他说,新研究“更像是一个开门人”,打开了新的领域,可以澄清质子内部的物理结构。

我们希望未来可以解答这个问题:为什么夸克只能存在于更大的粒子中,而从未有人观察到独立存在的夸克。纽约石溪大学的理论物理学家Dmitri Kharzeev说,这种限制是“纠缠的最终例证”。夸克“是不自由的”,并且总是与同伴纠缠在一起。

尽管夸克禁闭现象是众所周知的,但始终缺少基本的数学解释。

本文译自 sciencenews,由译者 majer 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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