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2025全国科普月丨科普60秒——量子纠缠

2025-09-10 12:16

量子纠缠以一种似乎违背逻辑的方式将亚原子粒子联系在一起。当科学家测量一对纠缠粒子中的一个时,另一个似乎立即知道结果。


证明粒子之间量子纠缠的一种方法是测量一种叫做自旋的特性。


科学家可以测量粒子自旋的幅度和方向。一类被称为费米子的粒子——包括电子、μ子、τ子、中微子和夸克——都具有1/2的自旋量级。但是费米子的自旋方向可以是两种选择之一,向上或向下。费米子的自旋大小总是1/2,但它的自旋方向只有在测量时才能确定。


在大型强子对撞机上,科学家们一直在研究被称为顶夸克的纠缠费米子对。


他们证明,一旦他们测量了一个夸克的自旋方向,另一个夸克就会“选择”互补方向。因为这是瞬间发生的,没有时间让一个顶夸克向另一个传递信息并影响它的自旋,所以这两个纠缠的粒子几乎就像是一体的。


这个奇怪的现象让阿尔伯特·爱因斯坦(Albert Einstein)感到困惑,他与鲍里斯·波多尔斯基(Boris Podolski)和内森·罗森(Nathan Rosen)一起在1934年提出,量子力学可能是不完整的,隐藏变量必须允许粒子进行通信。


1964年,物理学家约翰·贝尔(John Bell)设计了一个实验,来寻找这些隐藏的变量。自20世纪70年代以来,实验一直证实量子力学的预测,没有证据表明存在隐藏变量。



来源 | 《Symmetry》期刊官网
编译 | 槟榔郭