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北京谱仪III实验首次利用超子-反超子对验证量子空间的非局域性

2025-06-20 07:59     来源:中国科学院高能物理研究所     北京谱仪III 北京正负电子对撞机 北京正负电子对撞机北京谱仪

近日,北京谱仪III(BESIII)国际合作组的中国科学家团队在国际顶级期刊《自然·通讯》(Nature Communications)上发表了一项突破性研究成果。研究团队利用北京正负电子对撞机,首次通过一种自旋为1/2的特殊重子类物质名为“超子”的特殊粒子,以高达99.99999%的置信度证实量子世界的非局域特性,成功验证量子力学中著名的“幽灵般的超距作用”现象,为深入理解微观世界的奥秘提供了关键性新证据。

在日常生活中,两个相隔很远的物体无法瞬间影响彼此。但在量子世界里,两个相互纠缠的粒子就像有一对"心灵感应",无论相隔多远,测量其中一个粒子的状态会立即影响另一个。爱因斯坦曾把这种现象称为"幽灵般的的超距作用",并质疑其真实性。

BESIII实验利用粲偶素粒子eta_c衰变正负电子湮灭产生的一对相互纠缠的超子和反超子,并确保两个超子的衰变点在空间上是相互独立的(平均距离约7厘米),排除了任何可能的"暗通款曲"。实验结果与量子力学预言完美吻合,证实在强相互作用和弱相互作用下存在量子纠缠效应,并验证量子空间的非局域实性,也就是处于量子纠缠的"量子双胞胎" 超子和反超子即使分开后,它们的自旋状态仍然保持着神秘联系,展现出神奇的"心灵感应"。

这一重要物理成果主要由高能物理研究所的平荣刚研究员、广西师范大学的廖广睿教授和中国科学院大学的乔从丰教授等BESⅢ合作组成员共同完成。BESIII实验和研究成果得到科技部重点研发、国家自然科学基金委、中国科学院等的资助与支持。

图1. 正反超子衰变出来的质子-反质子对的角度分布。填充区域标识出满足贝尔不等式(图中标注为BI)的参数范围。

图2. 统计量分布(表示局域实在性被违背)。 

名词解释:局域实在性(Local Realism)是经典物理学中一个重要的概念,它结合了局域性和实在性两个基本假设。局域性假设认为,物理过程不会受到远处事件的即时影响,信息的传播速度不能超过光速。实在性假设则认为,物理量在测量之前就已经客观存在,而不是由测量行为创造出来的。



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