頂夸克間存在量子糾纏首獲證實，為探索世界量子本質開辟新途徑

科技日報記者 劉霞

歐洲核子研究中心（CERN）緊湊繆子線圈（CMS）實驗合作組織報告稱，他們首次確認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提供了新視角。相關論文發(fā)表于最新一期《CMS 物理分析總結》雜志。

CMS實驗設施內部。
圖片來源：CERN

量子糾纏是一種奇怪的量子現象：即使兩個粒子相距甚遠，它們也能緊密地相互關聯。當兩個粒子處于兩種或更多不同狀態(tài)的疊加態(tài)時，就會發(fā)生這種情況。測量一對糾纏粒子中一個粒子的性質，如位置、動量或自旋等，會立即影響另一個粒子的狀態(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”。量子糾纏現象已成為方興未艾的量子信息科學的基礎，有望在量子計算和密碼學等領域“大顯身手”。

科學家此前已經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，是粒子物理標準模型中最后一種被發(fā)現的夸克，也是已知最重的基本粒子，壽命極短。在最新研究中，美國羅切斯特大學物理學教授瑞金娜·德米娜領導的科研團隊首次發(fā)現，不穩(wěn)定的頂夸克及其反物質反頂夸克之間的自旋糾纏，在長距離和高速運動狀態(tài)下持續(xù)存在。

研究團隊表示，每個頂夸克的“體重”跟一個金原子相當，只能在大型強子對撞機（LHC）等大型對撞機上產生，因此不太可能用于構建量子計算機。但他們的這項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”（衰變產物），以及是什么最終打破了糾纏。

理論學家認為，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)現可以幫助科學家進一步理解我們身處世界的量子連接因何喪失。