纠缠实验：大型强子对撞机的紧凑型μ子螺线管（CMS）实验的内部。在探测器上工作的罗切斯特物理学家观察到顶夸克和顶反夸克之间的自旋纠缠在长距离和高速下持续存在。图片来源：Maximilien Brice，CERN

由罗切斯特大学物理学教授里贾纳·德米纳（Regina Demina）领导的一组物理学家进行的一项实验产生了与量子纠缠有关的重要结果，阿尔伯特·爱因斯坦（Albert Einstein）将这种效应称为“远距离的幽灵般的作用”。

纠缠涉及微小粒子的协调行为，这些粒子相互作用但随后分开。测量一对分离粒子的位置、动量或自旋等特性会立即改变另一个粒子的结果，无论第二个粒子离它的孪生粒子有多远。实际上，一个纠缠粒子或量子比特的状态与另一个密不可分。

在稳定粒子（如光子或电子）之间观察到量子纠缠。

但Demina和她的团队开辟了新的天地，因为他们首次发现，不稳定的顶夸克和它们的反物质伙伴之间的纠缠持续存在，其距离比以光速传输的信息所能覆盖的距离更远。具体来说，研究人员观察到粒子之间的自旋相关性。

因此，这些粒子展示了爱因斯坦所描述的“远距离的幽灵般的行动”。

这一发现是由欧洲核子研究中心（CERN）的紧凑型μ子螺线管（CMS）合作组织报告的，该实验是在那里进行的。

“确认最重的基本粒子，顶夸克之间的量子纠缠，开辟了一条新的途径，以远远超出可获得的能量探索我们世界的量子性质，”报告写道。

欧洲核子研究中心位于瑞士日内瓦附近，是世界上最大的粒子物理实验室。顶夸克的产生需要大型强子对撞机（LHC）的非常高的能量，这使得科学家能够以接近光速的速度发送高能粒子，围绕17英里的地下轨道旋转。

纠缠现象已成为新兴量子信息科学领域的基础，该领域在密码学和量子计算等领域具有广泛的影响。

每个顶夸克都像金原子一样重，只能在大型强子对撞机等对撞机上产生，因此不太可能用于构建量子计算机。但是，像Demina和她的团队进行的研究可以揭示纠缠持续了多长时间，它是否传递给了粒子的“子”或衰变产物，以及最终打破纠缠的是什么。

理论家认为，宇宙在最初的快速膨胀阶段之后处于纠缠状态。Demina和她的研究人员观察到的新结果可以帮助科学家了解是什么导致了我们世界上量子连接的丧失。

Demina为CMS社交媒体频道录制了一段视频，以解释她的小组的结果。她用一个优柔寡断的国王来比喻一个遥远的国度，她称他为“国王”。

托普国王得到消息说他的国家正在被入侵，所以他派使者告诉他土地上的所有人民准备保卫。但随后，德米纳在视频中解释说，他改变了主意，并派出信使命令人们退下。

“他一直这样摇摆不定，没有人知道他下一刻会做出什么决定，”德米娜说。

没有人，黛米娜继续解释，除了这个王国中一个被称为“反托普”的村庄的首领。

“他们随时都知道彼此的心理状态，”德米娜说。

Demina的研究小组由她自己和研究生Alan Herrera以及博士后研究员Otto Hindrichs组成。

作为一名研究生，Demina是1995年发现顶夸克的团队的一员。后来，作为罗切斯特大学的一名教员，Demina共同领导了一个由来自美国各地的科学家组成的团队，他们建立了一个跟踪装置，该装置在2012年发现希格斯玻色子中发挥了关键作用，希格斯玻色子是一种有助于解释宇宙质量起源的基本粒子。

罗切斯特的研究人员在欧洲核子研究中心（CERN）有着悠久的历史，作为CMS合作的一部分，该合作汇集了来自世界各地的物理学家。最近，罗切斯特的另一个团队在测量电弱混合角方面取得了一个重要的里程碑，电弱混合角是粒子物理学标准模型的重要组成部分，该模型解释了物质的组成部分如何相互作用。

更多信息：CMS物理分析摘要：cms-results.web.cern.ch/cms-re...OP-23-007/index.html