電弱尺度上的糾纏:ATLAS 首次「捕捉」到兩個 Z 玻色子的關聯

编辑者: Svitlana Velhush

在大型強子對撞機的深處,誕生出成對的重 Z 玻色子,其自旋彼此密不可分地糾纏在一起。ATLAS 合作組的科學家首次利用希格斯玻色子的衰變,直接測量了這種量子糾纏。

該實驗依賴於 H → ZZ* → 四個輕子的過程。兩個 Z 玻色子各自的自旋均為 1,其行為如同 qutrit——即三能級量子系統。它們的極化彼此關聯,以至於測量其中一個便能瞬間確定另一個的狀態,即使這些粒子朝探測器的不同方向飛散亦然。

對衰變產物角分布的分析,使得研究人員得以提取自旋密度矩陣的係數。所得到的數值 C_{2,1,2,−1} = −0,71 ± 0,45 與 C_{2,2,2,−2} = 0,08 ± 0,44 與標準模型的預測相符。對完整角分布的額外檢驗以 4,7 個標準差的顯著度否定了可分割狀態的假設。

此前,人們已在光子、電子和夸克中觀測到糾纏。如今,它又在電弱相互作用能量尺度——約 100 吉電子伏——上的有質量向量玻色子中得到證實。這是一個截然不同的模式:在這裡起作用的是具有手徵結構的弱力。

這一結果為研究希格斯玻色子其他衰變通道中的量子關聯,以及未來 LHC 運行時的相關研究開闢了道路。這類測量或能揭示量子力學如何在極高能量下的基本相互作用中展現自身。

這一發現表明,糾纏並非微觀世界的奇異現象,而是誕生於人類最強大加速器中的粒子所固有的屬性。

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來源

  • Researchers report the first measurements of quantum entanglement between two massive vector bosons at the electroweak scale

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