大型強子對撞機實驗顯示，質子內部處於量子糾纏態

質子很複雜。亞原子粒子本身由更小的夸克和膠子組成。現在，來自大型強子對撞機的數據暗示，質子的各種成分並非是獨立的。4月26日，三位物理學家在arXiv.org上發表論文稱，它們被量子糾纏束縛到一起。

以前的各種實驗里，我們在比質子大得多的尺度觀察到過量子糾纏態。

在量子力學裡，當幾個粒子在彼此相互作用後，由於各個粒子所擁有的特性已綜合成為整體性質，無法單獨描述各個粒子的性質，只能描述整體系統的性質，則稱這現象為量子纏結或量子糾纏(quantum entanglement)。量子糾纏是一種純粹發生於量子系統的現象；在經典力學裡，找不到類似的現象。——百科

在實驗中，2個糾纏粒子似乎能夠瞬間「交換」信息，即使彼此的距離達數千公里。雖然科學家們懷疑質子內部存在量子糾纏現象，但是一直未能通過實驗證明，質子直徑大約是萬億分之一毫米。

新研究中，團隊分析了質子碰撞的數據——大量質子在日內瓦的大型強子對撞機上被加速並猛烈撞擊彼此。利用CMS實驗的數據，研究人員計算出質子內糾纏產生的熵。熵是一種屬性，用來衡量無序的程度。

如果質子內存在糾纏，那麼這些聯繫將會產生額外的熵。可以通過計算每次碰撞所產生的粒子數目來指代這部分熵。研究人員發現，結果與質子內部糾纏理論所給出的預言相符。現在論文正等待同行評審。

德國海德堡大學的理論物理學家Stefan Floerchinger認為，證據還不夠顯著。他沒有參與這項研究。

為了最終確認，需要進行嚴格的實驗以排除其他可能的解釋。相反，他說，新研究「更像是一個開門人」，打開了新的領域，可以澄清質子內部的物理結構。

我們希望未來可以解答這個問題：為什麼夸克只能存在於更大的粒子中，而從未有人觀察到獨立存在的夸克。紐約石溪大學的理論物理學家Dmitri Kharzeev說，這種限制是「糾纏的最終例證」。夸克「是不自由的」，並且總是與同伴糾纏在一起。

儘管夸克禁閉現象是眾所周知的，但始終缺少基本的數學解釋。

本文譯自 sciencenews，由譯者 majer 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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