量子纠缠被称为“幽灵般的超距作用”，如今，它帮助科学家将看不见的粒子信息转化为可计算的数值从而填补实验物理的空白。
北京时间2026年9月2日，复旦大学现代物理研究所罗涛团队与合作者以“Exploring baryon semileptonic decays through polarization and entanglement”为题在《自然》（Nature）发表研究成果，该成果首次在对撞机实验中利用量子纠缠与极化信息提取了卡比博—小林—益川（CKM）矩阵元|Vus|，这为精确检验标准模型开辟了一条全新路径。
这一突破性成果不仅验证了量子纠缠在高能物理实验中的关键作用，更展示了极化测量在精确检验方面的巨大潜力。该方法已拓展至北京谱仪III（BESIII），后续其他重子研究将有望为下一代大科学装置发展提供重要方法论支撑。
β衰变
标准模型是粒子物理学中一套描述强力、弱力及电磁力这三种基本力及所有组成物质的基本粒子的理论。在标准模型中，构成万物的基本粒子可以分为两大类：夸克和轻子。夸克有六种“味”，在弱相互作用下，一种“味”的夸克可以转变为另一种“味”。
但这种转变并非没有条件。不同夸克之间的转变强度不同，物理学家用一张3x3的数表来描述这些强度，即CKM矩阵，其中的每一个矩阵元描述一种夸克转变的强弱。按照标准模型的理论，CKM矩阵中的参数需要满足严格的幺正性关系——每一行的三个矩阵元，它们的模的平方加起来必须等于1。
CKM矩阵中的|Vus|对应奇异夸克向上夸克的转变，其数值是否精确，直接关系到标准模型对三代夸克混合的描述是否经得起严格检验。当前，不同衰变过程所测得的|Vus|之间存在差异，CKM矩阵的第一行幺正性检验也显示出一定的张力。目前，这种张力不足以说明存在新的物理效应，却迫切要求更多彼此独立的测量途径，来排除实验方法和理论计算中可能存在的影响。
Λ超子的β衰变恰好提供了一种理想途径。Λ超子由一个上夸克、一个下夸克和一个奇异夸克组成，在极短时间内，它就会衰变成其他粒子。这一衰变过程表现为奇异夸克转变为上夸克，同时产生一个电子和一个反中微子，这一过程的发生概率既取决于|Vus|，也与描述Λ内部结构的形状因子密切相关。
Λ粒子β衰变示意图：Λ粒子通过一个虚W⁻玻色子衰变为质子、电子和电子反中微子。饼图展示了参与该跃迁过程的主导矢量与轴矢量形状因子的相对大小
然而，反中微子像“幽灵”一样穿透探测器，带走关键能量与动量；而仅观察Λ超子单侧衰变，犹如只看了地图的一角，不同物理效应混在一起，难以分辨。三十多年前，美国费米实验室曾完成该领域最精确的测量，此后长期缺乏新的高精度实验进展。如何精准测量Λ超子的β衰变过程？这是验证标准模型的关键。
“BESIII实验里，Λ和反Λ是成对产生的，而且它们的自旋状态存在量子纠缠。我们通过探测反Λ衰变成两个可以看见的粒子，反推出反Λ的信息，再通过量子纠缠关系，间接拿到Λ的产生信息，那些‘看不见的’就被我们算出来了。”罗涛介绍。
罗涛教授团队历时六年半攻关，首次将量子纠缠和极化信息引入研究，创造性地开发了一套独特的联合角分布多变量拟合方法。他们将Λ与反Λ的产生、极化、量子纠缠和两侧衰变作为一个完整过程进行分析，对于“看不见”的反中微子，团队则利用能量动量守恒反推它的行踪。这样一来，“看得见”与“看不见”的两方面信息结合，使原本模糊的物理图像清晰可辨。
“这项工作是在重要方法论突破的基础上取得的重大物理进展。”BESIII合作组发言人、中国科学院高能物理研究所研究员李海波指出，罗涛团队创造性地引入量子纠缠和极化分析，极大提升了单事例的物理信息提取效率，首次实现了对正反Λ超子β衰变关键参数的同步测量，为人们在BESIII能区精确检验CKM幺正性开辟了一条新路径。
北京谱仪III（BESIII）是运行在北京正负电子对撞机（BEPCII）上的大型粒子物理探测器正规配资知识网，其国际合作者由来自15个国家约96个研究机构的约700名科学家组成。实验聚焦陶-粲能区的精密物理研究，在强子谱学、粲物理、陶物理和新物理寻找等领域取得了一系列世界领先成果。
天元优配提示：文章来自网络，不代表本站观点。
相关文章
热点资讯
