科学家们已经证明，质子在与高能光子碰撞时，在量子水平上最大程度地纠缠在一起，并将这些发现扩展到涉及波美龙的情况。来源:SciTechDaily.com
当一个高能光子撞击质子时，秒次级粒子发散的方式表明质子内部最大程度地纠缠在一起。一个能位于克拉科夫的波兰科学院核物理研究所的一个物理学家团队刚刚进行了演示证明了质子中存在最大的纠缠，即使在这些情况下E抛射子参与了碰撞。
18个月前，研究表明质子内部的不同部分一定是最大程度地相互纠缠在一起的。在克拉科夫波兰科学院核物理研究所(IFJ PAN)的Krzysztof Kutak教授和墨西哥普埃布拉美洲大学的Martin Hentschinski教授的参与下，这一结果是对高能光子与质子中的夸克和胶子碰撞的考虑和观察的结果，支持了几年前Dimitri Kharzeev教授和Eugene Levin教授提出的假设。
现在，在《物理评论快报》上发表的一篇论文中，一个国际物理学家团队对光子和质子碰撞的纠缠进行了补充分析，其中二次粒子(强子)是通过衍射深度非弹性散射产生的。主要的问题是:在这些情况下，夸克和胶子之间的纠缠是否也会发生，如果是的话，它也是最大的吗?
质子内部的光子可以与胶子的临时复合体碰撞，胶子的彩色电荷(这里显示为红色，绿色和蓝色)可以集体中和。资料来源:IFJ PAN
理解量子纠缠
简单地说:物理学家在谈论不同量子物体之间的纠缠时，这些物体的某些特征值是相关的。量子纠缠在经典世界中没有被观察到，但它的本质很容易通过投掷两枚硬币来解释。每个硬币都有两面，当它落下时，它可以取两个相互排斥的值(正面或反面)中的一个，且概率相同。如果同时抛两枚硬币，我们总是得到两个不同的结果(正面和反面)或两个相同的结果(两个正面或两个反面)，我们将处理类似于量子纠缠的问题。在这里，纠缠将是最大的，因为没有任何值会受到青睐——硬币处于正面或反面状态的概率仍然是50%。如果纠缠不是最大的，情况就不同了。我们并不总是观察到同样的两种组合，有时也会观察到另一种组合。
“在核物理学中，最大纠缠态的存在可以在实验数据中看到，当我们看到它时，我们知道……我们一无所知。在电子与质子的某些碰撞中，称为深度非弹性散射，质子完全分裂，产生许多受强相互作用影响的粒子——所谓的强子。当我们无法预测在给定的碰撞中将产生多少强子时，我们就会处理质子的最大纠缠状态，”库塔克教授解释道。
衍射过程和波密子
早期对质子内部最大纠缠的研究解决了上述情况，在电子和质子的深度非弹性散射中产生强子。这样的反应在实验中很容易发现，因为它们会导致次级粒子向几乎所有方向发散(即那些涉及质子运动的主要方向)。
“然而，我们知道，大约每10次碰撞发生的方式不同:在碰撞点后面，在一定的角度间隔内，根本看不到任何粒子。正是这样的过程，我们称之为衍射或独家生产，它们是我们目前研究量子纠缠的中心，”库塔克教授补充道。
深非弹性过程的产生是光子与质子中的部分(夸克和胶子)相互作用的结果。在衍射产生的情况下，光子也与质子中的一个部分子相互作用，但这个部分子是一个更大结构的一部分，被称为pomeron。
胶子最重要的量子特征是它们的颜色(除了名字之外，它与我们日常生活中所知道的颜色无关)。二次粒子是在探测器中观察到的碰撞效应，是质子中的夸克和胶子交换色荷过程的结果。然而，胶子可以形成称为玻色子的束缚态，其中颜色是相互中和的。当在光子和部分子的碰撞过程中，发现部分子是一个玻密子的一部分时，碰撞不会产生在探测器覆盖的整个角度范围内发散的强子。相反，一些探测器，理论上能够看到在有问题的碰撞阶段产生的粒子，将保持沉默。
国际物理学家团队能够证明，在涉及pomerons的碰撞中，质子内部也会产生一种状态，在这种状态下，所有粒子都最大程度地纠缠在一起。然而，与先前分析的情况有明显的不同:当涉及到pomerons时，最大纠缠出现在略高的能量上。
目前的研究补充了我们以前对光子和质子碰撞过程的认识。多亏了它，现在可以说最大纠缠是这些过程中的普遍现象，存在于我们已知的两种二次粒子产生机制中。
“我们的研究结果不仅具有理论意义，而且具有实际意义。事实上，对质子内部最大纠缠态是如何形成的更深入的理解将允许更好地解释未来粒子对撞机(如电子-离子对撞机)的结果，”Kutak教授总结道。
参考文献:“探测衍射深度非弹性散射中质子内部最大纠缠的起始”，作者:Martin Hentschinski, Dmitri E. Kharzeev, Krzysztof Kutak和周dunming Tu, 2024年12月13日，物理评论快报。DOI: 10.1103 / PhysRevLett.131.241901
在波兰方面，这项研究由欧洲STRONG-2020项目和波兰裔美国人Kosciuszko基金会资助。
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