自由大学 质子内部存在量子纠缠？为什么夸克不会单独出现？
【 自由大学|质子内部存在量子纠缠？为什么夸克不会单独出现？】质子是复杂的，亚原子粒子本身由更小的粒子组成，称为夸克和胶子。现在，来自大型强子对撞机的数据表明质子的组成并不独立。其研究结果由三位物理学家在发表在《arXiv》上的一篇论文中指出：被称为纠缠的量子链所束缚。量子纠缠以前曾在比质子大得多的尺度上进行过研究。在实验中，相互纠缠的粒子似乎是瞬间相互影响的。尽管科学家们怀疑质子内部存在纠缠，但这种现象的迹象尚未在直径约为万亿分之一毫米的粒子内部得到实验证明。
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阿姆斯特丹自由大学的理论物理学家Piet Mulders说：我们的想法是，这是一个量子力学粒子，如果你往里面看，它本身就是纠缠的。在这项新研究中，研究小组分析了在日内瓦的大型强子对撞机(Large Hadron Collider)上加速到高速并猛烈撞击在一起的质子碰撞。利用CMS实验的数据，研究人员研究了质子内部纠缠产生的熵。熵是一种性质，它依赖于一个系统在微观层面上可能呈现的状态数量。一个类比是一副牌：洗牌有多种排序方式，而有序的牌只有一种，因此洗牌的熵更高。
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被束缚的质子含有更小的粒子，称为夸克和胶子(如图)，实验数据表明，量子纠缠将这些粒子彼此连接起来。图片：SCIFY/SHUTTERSTOCK
如果一个质子内部存在纠缠，那么由于这些联系就会产生额外的熵。这种熵可以通过计算每次碰撞产生的粒子数来得到。物理学家在研究论文中报告说：发现的熵值与假设夸克和胶子纠缠在一起的预期值相符。目前，该论文正在等待同行评审，然后发表在期刊上。德国海德堡大学的理论物理学家Stefan Floerchinger说：纠缠的迹象还没有确定下来。为了最终确定缠结，需要进行严格的测试来排除其他可能的解释。相反，研究人员的研究“更像是打开了一扇门”，并可能导致进一步的研究，阐明质子的内部物理学。
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这项研究的合作者之一、纽约石溪大学的理论物理学家Dmitri Kharzeev说：未来研究可以解决的一个难题是，为什么夸克总是被限制在更大的粒子中，而且永远不会单独出现。这种限制是“纠缠的终极例子”。夸克“根本不可能以孤立的状态存在，而且总是与它们的同伴联系在一起。虽然夸克的这一性质是众所周知的，但没有一个基本的数学解释。Kharzeev希望研究质子中的量子纠缠能帮助解释这个难题。
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参考期刊《arXiv》
Cite：arXiv:1904.11974
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