科学家们观察了质子的内部，发现夸克和胶子，它们的基本组成部分，经历了。
纠缠粒子彼此相连，因此一个粒子的变化会立即引起另一个粒子的变化，即使它们相距很远。被称为“幽灵般的远距离作用”，但后来的实验证明这种奇怪的、打破局部性的效应是真实存在的。
物理学家有但从未发现证据表明它们在质子内部以量子连接状态存在。
现在，一组研究人员发现质子内部夸克和胶子之间的纠缠在十亿分之一米的距离上，从而允许粒子在质子上共享信息。研究人员于 2024 年 12 月 2 日在期刊上发表了他们的研究结果物理学进展报告。
“几十年来，我们传统上认为质子是夸克和胶子的集合，我们一直致力于理解所谓的单粒子特性，包括夸克和胶子在质子内部的分布，”研究合著者Zhoudunming Tu，纽约厄普顿布鲁克海文国家实验室的物理学家，在一份声明中说。 “现在，有证据表明夸克和胶子纠缠在一起，情况发生了变化。我们有一个更加复杂的动态系统。”
最小规模的“幽灵行动”
量子纠缠的实验证明首次出现于20世纪70年代，但这种现象的许多方面仍然相对未被探索——包括夸克之间纠缠的相互作用。这主要是因为亚原子粒子并不单独存在，而是融合成各种称为强子的粒子组合。例如，重子，如质子和中子，是三个夸克的组合，通过-携带胶子。
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当单个夸克从强子中分离出来时，用于提取它们的能量使它们变得不稳定，在称为强子化的过程中将它们转变为粒子的分支射流。这使得筛选数万亿粒子衰变产物以重建其原始状态的任务变得异常困难。
但这正是研究人员所做的。为了探究质子的内部运作，科学家们挖掘了质子收集的数据(LHC) 和强子电子环加速器 (HERA) 粒子对撞机实验。
然后他们应用了量子信息科学中的一个原理，即系统的熵（衡量系统可以排列多少个能量状态的指标，经常被错误地称为“紊乱”）随着其纠缠而增加——导致粒子喷雾的分布显得更加混乱。
通过将粒子喷雾与其熵的计算进行比较，物理学家发现碰撞质子内的夸克和胶子以最大纠缠状态存在，每个都共享尽可能多的信息。
“熵通常与某些信息的不确定性相关，而纠缠则导致两个纠缠方之间的信息‘共享’。因此，这两者可以在以下方面相互关联：，”涂在一封电子邮件中告诉《生活科学》。“我们使用预测的熵（假设存在纠缠）来检查数据的内容，我们发现了非常一致的结果。”
科学家们表示，他们的发现可能有助于收集更多关于基本粒子的见解，例如夸克和胶子如何被限制在质子内。这项研究还引发了进一步的问题：当质子被锁定在原子核内时，纠缠会如何变化。
“因为原子核是由质子和中子组成的，所以很自然地会问这种纠缠会对原子核结构产生什么影响，”屠说。 “我们计划使用电子离子对撞机（EIC）来研究这一点。这将在10年内实现。在此之前，一些碰撞类型，即重离子碰撞中的超外围碰撞，也可能起作用。”
