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奇怪的光粒子行為挑戰了我們對量子理論的理解

科學家們研究了光粒子(或光子)如何在量子尺度上經歷糾纏,發現了一些完全出乎意料的東西,它挑戰了關於愛因斯坦被稱為「幽靈超距作用」的初始時刻的長期假設。

當團隊創造出糾纏的光子對時,這些粒子並不是源於同一個地方,並像預期的那樣消失,它們出現在太空的完全不同的點上,這意味著量子理論可能要比我們想像的要多得多的隨機性。

來自英國東英吉利大學的David Andrews說:「到目前為止,已經假設這樣配對的光子來自相同的位置。現在,一個新的離域機制的識別表明,每個光子對可以從太空上分離的點發射,引入一個新的位置不確定性的基本量子起源。」

該團隊通過執行稱為自發參量下轉換(SPDC)的非常簡單的糾纏實驗來理解這一點,其涉及通過諸如硼酸鋇的晶體射出光子束,以產生纏結的輕微粒子對。

George Musser解釋說:如果你正確地設定了晶體,放大效果非常強大,可以將雜訊轉化為合適的光束。單個入射光束(通常為藍色或紫外線)可以變出兩光束(通常為紅色)。這個過程是以粒子為部門:每個藍色光子分成兩個紅色的光子。

當單個光子分為兩個(這通常在大約十億光子中會有一個),經歷量子糾纏,這是兩個粒子相互作用的現象,使得它們變得緊密相連,並且基本上「共享」存在。

這意味著,一個粒子任何事情,會直接和瞬間影響到另一個粒子。假設當單個光子被分成纏結對時,它們從晶體中的相同點出現,並以至少10,000倍於光速的速度共享如能量、動量和偏振的特性。

但Andrews和他的團隊發現,這些分裂對實際上可能出現在晶體的完全不同的部分。他說:「儘管被糾纏在了一起,成對的光子可以分離出來。就好像他們根本就沒有在原子維度上出生在一起。」

現在的問題是,我們如何知道這些不同位置將會在哪裡呢?

研究人員懷疑這些位置受到光子的個體變化的影響,下一步將是獨立地確認這一行為,並建立一種方法來預測光子可能出現的位置。

現在有很多問題,但有一件事是肯定的:光子比我們想像中更神秘。

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