科学家在大型强子对撞机实验中做出诡异发现——听起来像是科幻小说中的情节
物理学家证实，量子纠缠现象甚至出现在迄今所创造的最重、最短暂的某些粒子之间。
量子纠缠的艺术概念图——两个纠缠粒子无论相距多远，始终相互关联。图片来源：koto_feja
一个国际物理学家团队使用世界上最强的粒子对撞机，发现了一件听起来像是资深科幻作家构思出来的事情。
该团队已帮助证实，量子纠缠这一物理学中最奇特的现象之一，即便在一些质量较大且寿命极短的粒子之间也存在。
这一发现是利用欧洲核子研究中心的大型强子对撞机完成的，并发表于《物理评论快报》。
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量子纠缠——入门指南
阿尔伯特爱因斯坦曾将量子纠缠称为鬼魅般的超距作用。
它指的是一种现象：两个源自同一源头的粒子，无论相隔多远，始终保持关联。
这意味着，如果对一个粒子进行测量——比如它的自旋——就会揭示其纠缠伙伴的信息。
科学家表示，量子纠缠是下一代传感器、超安全通信网络和量子计算机等技术的关键。
量子计算机中，纠缠的量子比特能够同时执行多项计算，而非逐一进行。
大型强子对撞机（LHC）加速器位于欧洲核子研究中心（CERN）的隧道中。CERN运营着这一设施。
在极高能量下检验量子力学
量子纠缠现象已在光子、电子和囚禁离子等系统中得到证实。
但科学家并不清楚它在更极端条件下的存在情况，例如高能碰撞中产生的短暂粒子。
为找到答案，一支国际科学家团队利用了瑞士大型强子对撞机上的ATLAS实验。
该团队在成对的、被称为Z玻色子的亚原子粒子中寻找量子纠缠现象，这些粒子仅存在极短的时间便发生衰变。
大型强子对撞机上的ATLAS实验。图片来源：CERNMaximilienBrice
科学家将质子以光速的99.99%对撞，产生了13万亿电子伏特的碰撞能量。
这些巨大的碰撞能够产生希格斯玻色子，这种粒子在大型强子对撞机的一次重大突破中被发现。
希格斯玻色子随后迅速衰变为一对短寿命的Z玻色子，而每个Z玻色子又进一步衰变为电子或缪子。
尽管Z玻色子在极短时间内衰变，ATLAS探测器仍能测量所产生的电子和缪子的运动方向。
团队随后能够推断出Z玻色子的自旋，并发现强有力的证据表明这些粒子对确实处于纠缠状态。
这是记录到的最高能量的量子纠缠确认之一。
希格斯粒子（橙色，位于上下两端）由两个质子对撞产生。图片来源：马克加里克科学图片库
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该团队表示，这一发现是科学家们努力从量子信息科学中借鉴工具和思路并将其应用于粒子物理研究的一部分。
这有助于科学家开发出新的、更灵敏的对撞机数据分析方法，从而开始揭示超越我们当前对宇宙认知的物理学。
牛津大学物理系联合作者艾伦巴尔教授表示：我们通常认为量子纠缠是一种非常脆弱的现象，只能在实验室中利用单个光子进行观测。
在地球上所能产生的最剧烈碰撞中，于如Z玻色子这般沉重且短命的粒子中依然能观测到这一现象，充分展现了该量子效应的根本性与强韧性。
这是一个很好的提醒：那些或许有朝一日能驱动量子计算机的奇特量子力学规律，其实无处不在，甚至在大型强子对撞机这样的极高能量环境中也在发挥作用。
大型强子对撞机：世界上最大、最强大的粒子加速器 图片来源：欧洲核子研究中心
丹妮拉博尔托莱托教授同样任职于牛津大学物理系，担任英国方面协调人，负责升级后的ATLAS探测器像素系统模块的研制工作。
这一测量结果展现了ATLAS合作组的科研实力以及欧洲核子研究中心大型强子对撞机的独特能力。
牛津大学的研究人员在开发这些研究高能量子现象的新方法方面发挥了引领作用，我们很荣幸能够为这一国际性努力贡献力量，共同探索自然界的基本规律。
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BY: Iain Todd
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选文：天文志愿文章组-
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终审：天文志愿文章组-零度星系
排版：天文志愿文章组-零度星系
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参考资料
1.WJ百科全书
2.天文学名词
3.原文来自： https://www.skyatnightmagazine.com/space-science/news/quantum-entanglement-z-boson
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