最重基本粒子遵循量子力學，首觀察到頂夸克與反粒子糾纏

繼 20 年前首次證實 2 個光子之間的量子糾纏後，大型強子對撞機 ATLAS、CMS 實驗現在首次觀察到最重基本粒子「頂夸克」與它的反粒子也產生量子糾纏證據。

物理學界已找出基本粒子標準模型列出的所有粒子，其中最重粒子為質量 173GeV 的頂夸克（top quark），其次為質量 125GeV 的希格斯粒子，如此驚人質量表明它勢必產生自巨大能量。

而量子力學中，一對相互糾纏的粒子只要其中一個被測量特性（如位置、動量、自旋），無論兩者相距多遠都會立即改變另一個粒子狀態，雖然訊息傳播速度不會超過光速，但測量第一個粒子後，第二個粒子絕對立即改變狀態。

之前，物理學家已觀察過穩定粒子（如光子、電子）的量子糾纏現象，但壽命僅 5×10^-25  秒的最重基本粒子「頂夸克」，是否也能在電光石火間與其他粒子糾纏？

答案是可以。

羅徹斯特大學物理學教授 Regina Demina 團隊首次發現不穩定的頂夸克與它的反物質夥伴──反頂夸克存在糾纏。具體來說，研究人員從大型強子對撞機 CMS 實驗中觀察到頂夸克和反頂夸克以極高速度同時產生，衰變之前相距很遠，但卻存在自旋糾纏。

確認了最重基本粒子也存在量子糾纏現象，為研究量子力學本質打開新視角。頂夸克雖然只能在大型強子對撞機中產生，不太可能用於建造量子電腦，但團隊進行的研究能揭開粒子糾纏持續多長時間，​​以及最終是什麼機制打破了糾纏。

理論學家還認為，宇宙大爆炸進入暴脹階段後曾處於糾纏態，這項新研究結果能幫助科學家了解為何宇宙最終喪失了量子連結。

• Rochester physicists find ‘spooky action at a distance’ at CERN
• Einstein’s “Spooky Action at a Distance” Between the Heaviest Particles at the Large Hadron Collider

（首圖為示意圖，來源：shutterstock）

延伸閱讀：

• LHC 證實極罕見物理現象，希格斯玻色子與最重粒子頂夸克同時生成