[爆卦] CERN測到史上最高能量的量子糾纏

[jackliao1990 (j)]

https://www.nature.com/articles/s41586-024-07824-z

量子糾纏指出如果兩個粒子是量子糾纏的，無論相距多遠，兩者狀態都會相連。其應用有
量子密碼學和量子計算。2022年諾貝爾物理學獎頒給阿蘭·阿斯佩、約翰·F·克勞澤和
安東·賽林格，表彰他們在糾纏光子方面的開創性實驗。這些實驗證實了已故CERN理論家
約翰·貝爾對糾纏的預測並推動了量子訊息科學的發展。

在高能環境下，量子糾纏在粒子對撞機如大型強子對撞機中基本未被探討過。ATLAS合作組
在《自然》發表他們首次在LHC中觀察到基本粒子—頂夸克—的量子糾纏，而且是在迄今為
止最高能量下進行的。為量子物理的複雜世界開啟新視角。

ATLAS和CMS團隊測到頂夸克及其反粒子之間的量子糾纏。頂夸克是已知最重的基本粒子。
它通常在與其他夸克結合之前就衰變成其他粒子，並將其自旋及其他量子特性轉移到其衰
變物上。物理學家觀察並利用這些衰變產物來推斷頂夸克的自旋方向。

為了觀察頂夸克的糾纏，ATLAS和CMS合作組選擇了來自2015至2018年間LHC第二輪運行中質
子—質子碰撞中生成的頂夸克對，碰撞能量達到13兆電子伏特。他們尋找彼此相對運動動
量較低的夸克對，因為在這種情況下，兩夸克的自旋會高度糾纏。

自旋糾纏的存在及其程度可以從兩夸克的帶電衰變產物的發射方向之間的角度推斷。通過
測量這些角度分離並校正可能改變測量值的實驗效應，ATLAS和CMS團隊觀察到頂夸克間的
自旋糾纏，統計顯著性超過五個標準差。

CMS合作組還研究了兩夸克彼此相對運動動量較大的頂夸克對。對於大部分頂夸克對，兩個
頂夸克衰變的相對位置和時間被認為經典信息交換無法通過光速下的粒子傳播來實現的情
況，CMS同樣觀察到了頂夸克間的自旋糾纏。

CMS發言人Patricia McBride：「通過在新的粒子系統中測量糾纏和其他量子概念，並在以
前無法達到的能量範圍內進行測試，我們可以以新的方式檢驗標準模型，並尋找可能超越
該模型的新物理現象。」

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