科學家觀察了質子的內部，發現夸克和膠子，它們的基本組成部分，經歷了。
糾纏粒子彼此相連，因此一個粒子的變化會立即引起另一個粒子的變化，即使它們相距很遠。被稱為“幽靈般的遠距離作用”，但後來的實驗證明這種奇怪的、打破局部性的效應是真實存在的。
物理學家有但從未發現證據顯示它們在質子內部以量子連接狀態存在。
現在，一組研究人員發現質子內部夸克和膠子之間的糾纏在十億分之一米的距離上，允許粒子在質子上共享資訊。研究人員於 2024 年 12 月 2 日在期刊上發表了他們的研究結果物理進展報告。
「幾十年來，我們傳統上認為質子是夸克和膠子的集合，我們一直致力於理解所謂的單粒子特性，包括夸克和膠子在質子內部的分佈，」研究合著者Zhoudunming Tu，紐約厄普頓布魯克海文國家實驗室的物理學家，在一份聲明中說。 “現在，有證據表明夸克和膠子糾纏在一起，情況發生了變化。我們有一個更加複雜的動態系統。”
最小規模的“幽靈行動”
量子糾纏的實驗證明首次出現於1970年代，但這種現象的許多方面仍然相對未被探索——包括夸克之間糾纏的相互作用。這主要是因為亞原子粒子並非單獨存在，而是融合成各種稱為強子的粒子組合。例如，重子，如質子和中子，是三個夸克的組合，透過-攜帶膠子。
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當單一夸克從強子中分離出來時，用於提取它們的能量使它們變得不穩定，在稱為強子化的過程中將它們轉變為粒子的分支射流。這使得篩選數萬億粒子衰變產物以重建其原始狀態的任務變得異常困難。
但這正是研究人員所做的。為了探討質子的內部運作，科學家挖掘了質子收集的數據(LHC) 和強子電子環加速器 (HERA) 粒子對撞機實驗。
然後他們應用了量子資訊科學中的一個原理，即係統的熵（衡量系統可以排列多少個能量狀態的指標，常被錯誤地稱為“紊亂”）隨著其糾纏而增加－導致粒子噴霧的分佈顯得更加混亂。
透過將粒子噴霧與其熵的計算進行比較，物理學家發現碰撞質子內的夸克和膠子以最大糾纏狀態存在，每個都共享盡可能多的信息。
「熵通常與某些資訊的不確定性相關，而糾纏則導致兩個糾纏方之間的資訊『共享』。因此，這兩者可以在以下方面相互關聯：，”塗在一封電子郵件中告訴《生活科學》。“我們使用預測的熵（假設存在糾纏）來檢查數據的內容，我們發現了非常一致的結果。
科學家表示，他們的發現可能有助於收集更多關於基本粒子的見解，例如夸克和膠子如何被限制在質子內。這項研究也引發了進一步的問題：當質子被鎖定在原子核內時，糾纏會如何改變。
「因為原子核是由質子和中子組成的，所以很自然地會問這種糾纏會對原子核結構產生什麼影響，」屠說。 「我們計劃使用電子離子對撞機（EIC）來研究這一點。這將在10年內實現。在此之前，一些碰撞類型，即重離子碰撞中的超外圍碰撞，也可能起作用。”
