新实验表明，即使最重的粒子也会经历常见的量子奇异现象

Josiah02

物理学最令人惊讶的预测之一是纠缠，即物体可以相隔一定距离但仍相互连接在一起的现象。最著名的纠缠例子涉及微小的光块（光子）和低能量。
在日内瓦的大型强子对撞机（世界上最大的粒子加速器）上，一项名为 ATLAS 的实验刚刚发现顶夸克对之间的纠缠：顶夸克是科学界已知的最重粒子。
我和同事在 ATLAS 合作项目中撰写的一篇新论文描述了这一结果，该论文今天发表在《自然》杂志上。
什么是纠缠？
在日常生活中，我们认为物体要么是“分离的”，要么是“连接的”。相距一公里的两个球是分离的。用一根绳子连接的两个球是连接的。
当两个物体“纠缠”时，它们之间没有物理联系——但它们也不是真正分开的。你可以对第一个物体进行测量，这足以让你在看到第二个物体之前就知道它在做什么。
尽管没有任何东西将它们连接在一起，但这两个物体仍形成一个系统。这已被证明对位于城市相对两侧的光子有效。
这个想法对于最近上映的流媒体剧集《身体问题》第三季的粉丝来说很熟悉，该剧集改编自刘慈欣的科幻小说。在剧中，外星人向地球发送了一台微型超级计算机，以干扰我们的技术并允许他们与我们交流。由于这个微小物体与外星人家园上的一个孪生兄弟纠缠在一起，外星人可以与它交流并控制它——尽管它距离我们四光年。
故事的这一部分是科幻小说：纠缠实际上并不允许你以比光更快的速度发送信号。（纠缠似乎可以让你做到这一点，但根据量子物理学，这是不可能的。到目前为止，我们所有的实验都与这一预测一致。）
但纠缠本身是真实存在的。上世纪 80 年代，人们首次在光子上证明了纠缠的存在，当时这是一个前沿实验。
如今，你可以从商业供应商那里购买一个盒子，它可以吐出纠缠的光子对。纠缠是量子物理学描述的属性之一，也是科学家和工程师试图利用来创造新技术（如量子计算）的属性之一。
自 1980 年代以来，人们在原子、一些亚原子粒子，甚至在经历极小振动的微小物体中也发现了纠缠。这些例子都发生在低能量下。
日内瓦会议的新进展是，人们在被称为顶夸克的粒子对中发现了纠缠，在极小的空间内存在着巨大的能量。
那么夸克是什么？
物质由分子组成，分子由原子组成，原子由称为电子的轻粒子组成，电子围绕中心的重原子核旋转，就像太阳位于太阳系中心一样。早在 1911 年，我们就已从实验中知道了这一点。
随后我们了解到原子核是由质子和中子组成的，到了 20 世纪 70 年代，我们又发现质子和中子是由更小的粒子夸克组成的。
总共有六种类型的夸克：组成质子和中子的“上”夸克和“下”夸克，以及四种更重的夸克。第五种夸克，即“美”夸克或“底”夸克，比质子重约四倍半，当我们发现它时，我们认为它非常重。但第六种也是最后一种夸克，即“顶”夸克，却是一个怪物：比钨原子稍重，是质子的 184 倍。
没人知道为什么顶夸克的质量如此之大。正因为如此，顶夸克才成为大型强子对撞机研究的重点对象。（在我所在的悉尼，我们在 ATLAS 实验上的大部分工作都集中在顶夸克上。）
我们认为巨大的质量可能是一个线索。也许顶夸克如此巨大，是因为顶夸克能感受到新的力量，超出了我们已知的四种力量。或者它与“新物理学”有其他联系。
我们知道，我们目前理解的物理定律是不完整的。研究顶夸克的行为方式可能会为我们指明新的方向。
那么纠缠是否意味着顶夸克很特殊？
可能不是。量子物理学认为纠缠很常见，所有事物都可以纠缠。
但纠缠也很脆弱。许多量子物理实验都是在超低温下进行的，以避免“碰撞”系统并干扰它。因此，到目前为止，纠缠已在科学家可以设置正确条件进行测量的系统中得到证实。
由于技术原因，顶夸克的质量非常大，使其成为研究纠缠的良好实验室。（新的 ATLAS 测量无法用于其他五种类型的夸克。）
但顶夸克对不会成为便捷新技术的基础：你无法拿起大型强子对撞机并随身携带。尽管如此，顶夸克确实提供了一种进行实验的新工具，而且纠缠本身就很有趣，所以我们会继续寻找其他发现。