【科学前沿】鞭策雷绍武（九）：物理学家首次观测到夸克间的量子纠缠
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近日，物理学家利用位于瑞士日内瓦附近的欧洲核子研究中心（CERN）的大型强子对撞机（LHC），通过其 ATLAS 探测器，成功地在高能量环境下捕捉到顶夸克与反顶夸克之间的量子纠缠。尽管量子纠缠已在电子和光子等低能量环境中被验证多年，但在高能粒子碰撞的复杂环境中实现这一观测，是一项前所未有的挑战。
本次研究中，物理学家分析了大约一百万对顶夸克与反顶夸克，这些基本粒子在质子碰撞后短暂存在（约10^-25秒），并随后迅速衰变为其他更稳定的粒子。顶夸克的这一极短寿命特性成为了研究的关键，因为它允许科学家在夸克混合形成强子（如质子和中子）之前，捕获并测量其自旋等量子属性。通过精细的实验测量与理论预测的比较，研究团队证实了顶夸克与反夸克之间确实存在量子纠缠，其纠缠程度显著超过了判定标准。
这一发现不仅是对量子纠缠理论在高能环境下的一次重要验证，也为未来在更高能量条件下探索量子信息学提供了新思路和新工具。科学家表示，这一突破可能会推动对基本粒子物理学的更深入理解，并可能启发新的研究方向，如利用其他高能粒子（如希格斯玻色子）进行更严格的量子纠缠测试。此外，该实验的成功也展示了在高能粒子碰撞环境中探索量子现象的潜力，并推动量子信息学和粒子物理学的交叉发展。相关论文 9 月 18 日发表于《自然》（Nature）。
论文主页地址https://www.nature.com/articles/s41586-024-07824-z
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