發現全新類型量子糾纏，來自 2 個帶不同電荷的粒子

量子糾纏是種奇怪又迷人的現象，近日，布魯克黑文國家實驗室團隊發現全新的量子糾纏類型，首次捕捉到由 2 個帶不同電荷的粒子糾纏產生之干涉圖樣。

當一對粒子相互糾纏，它們的關係就會變得比別人還緊密，無論它們相距多遠，只要其中一個粒子產生變化，另一個都會立即呼應跟著改變，理論上若用 1 和 0 對這些狀態的變化進行編碼，這種量子效應將能幫助實現超光速通訊，雖然看起來也違背我們對經典物理學的理解。

實驗室至今已證明無數次量子糾纏現象，不過這些糾纏粒子都同類型且擁有相同電荷，比如電荷為 0 的 2 個光子，或帶負電的 2 個電子。

現在，美國布魯克黑文國家實驗室（BNL）團隊利用相對論性重離子對撞機（relativistic heavy ion collider，RHIC），首次捕捉到由 2 個帶不同電荷的粒子糾纏產生之干涉圖樣，為理解原子神祕內部結構打開全新窗口。

在對撞機中，加速的金離子被小光子雲包圍，經過一系列量子漲落（Quantum fluctuation）後，光子與每個離子核內的膠子（負責將誇克束縛在原子核的質子與中子）相互作用、引發串級反應（cascade reaction），產生一個中間粒子但迅速衰變，最終形成 2 個帶不同電荷的 π 介子（Pion）。

當 π+ 介子和 π- 介子撞擊對撞機 STAR 探測器，可以得知一些粒子關鍵特性，如速度與撞擊角度，並進一步用於以更高精度繪製原子核內膠子的分布、形狀、排列等。

而實驗結果表明，原子核內膠子分布比之前想像的還要分散，導致原子核看起來比模型預期的還要大；此外，測量表明帶不同電荷的 π+ 與 π- 粒子經歷了新型量子糾纏，證據在於當原子核彼此通過時，好像產生了 2 個 ρ 介子，當每個 ρ 介子衰變成 π+ 介子和 π- 介子時，π- 介子的波函數相互干擾加強，同時 π+ 介子的波函數出現相同事情，如果 π + 和 π – 沒有糾纏，就不可能出現這種增強模式。

這項成就除了擴大我們對量子物理學的理解，也可能帶來新技術，比如研究金離子核的方法；或者。新論文發表在《科學前緣》（Science Advances）期刊。