大型强子对撞机观测到了顶夸克及其反粒子之间的量子纠缠

大型强子对撞机观测到了顶夸克及其反粒子之间的量子纠缠粒子物理学中的量子纠缠最近，在安东-蔡林格（AntonZeilinger）和他的团队首次确证两个光子之间存在纠缠的二十年后，ATLAS和CMS实验报告说，在大型强子对撞机上观测到了同时静止产生的顶夸克及其反粒子之间的量子纠缠。确认最重的基本粒子--顶夸克之间的量子纠缠为探索我们世界的量子本质开辟了一条新途径，其能量远远超出了量子光学等领域所能达到的水平。同时，大型强子对撞机上顶夸克对的巨大产生率提供了顶夸克的巨大数据样本，为这些研究提供了独一无二的机会。顶级夸克和反粒子之间的量子纠缠在大型强子对撞机上得到证实，标志着高能量子物理学在大量数据和先进分析方法的支持下取得了重大进展。来源：欧洲核子研究中心爱因斯坦对量子力学的挑战在量子力学中，如果我们知道其中一个粒子在测量另一个粒子时的状态，那么这两个粒子就是纠缠的。即使这两个最初纠缠在一起的粒子在测量前彼此相距很远，情况也是如此。这就是爱因斯坦所说的"超距作用"：虽然信息的传播速度不可能超过光速，但在对第一个粒子进行测量时，第二个粒子保证会立即处于相应的状态。1934年，爱因斯坦和他的合作者提出了一个思想实验，他们认为这个实验揭示了量子力学的不一致性。为了解决这个悖论，他们提出，我们对纠缠的描述是不完整的，系统中还有其他我们无法通过实验获得的量在起作用。那么，纠缠就是我们对这些隐藏变量一无所知的结果。测量纠缠的先进技术在一项新的测量中，CMS合作小组首次研究了以极快的速度同时产生的顶夸克和顶反夸克的自旋纠缠。因此，这两个粒子在衰变之前相距甚远，也就是说，它们之间的距离大于以光速传输的信息所能覆盖的距离。夸克和反夸克自旋之间的相关性是通过观察它们衰变产物的角度分布来测量的。分析中采用了最先进的机器学习方法，以正确分配顶（反）夸克衰变产物，并改进系统不确定性的建模。图1显示了在两个不同运动学区域观察到的纠缠程度，以参数ΔE为特征。图1：在两个运动学区域观察到的以ΔE为特征的纠缠水平。图中显示了测量结果（点）及其不确定性，并与SM预测值（红线）进行了比较。水平蓝线对应于夸克和反夸克之间以光速交换信息所能解释的最大纠缠度ΔE临界值。第一个分段对应于产生的横动量小于50GeV的顶夸克，而在最后一个分段中，顶夸克对具有很高的不变质量，即相互之间的运动速度很大。在这两个运动学区域测得的ΔE都大于1，证实了两个粒子之间的纠缠。特别是在第二个分区，顶夸克-反夸克对的相对速度非常大，只有10%的情况下它们才有机会进行交流。在这里，纠缠度明显高于ΔE临界值，而ΔE临界值是在光速下通过隐藏变量进行信息交流所能解释的纠缠度。因此，测量结果表明，在已知最重的粒子之间确实存在"超距作用"。资料来源：欧洲核子研究中心编译自/citechdaily...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1435165.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1435165.htm

清华研究团队主导在大型强子对撞机底夸克实验中发现新奇特态粒子候选者

清华研究团队主导在大型强子对撞机底夸克实验中发现新奇特态粒子候选者欧洲核子研究中心大型强子对撞机（LHC）上的底夸克（LHCb）实验近期在底介子三体衰变的正反奇异粲介子对（Ds+Ds-）中发现了一个新奇特强子态候选者，相应证据表明其可能含有[ccbarssbar]四夸克组分；同时，首次测量了底介子衰变到含一对奇异粲介子对的分支比。上述研究由清华大学工程物理系张黎明副教授及其博士后漆红荣、博士生陈晨主导完成。利用LHCb实验采集的海量数据，研究团队首次观测到了底介子衰变到Ds+Ds-和一个奇异介子K+的三体衰变过程，并测量了其衰变分支比。同时，在Ds+Ds-系统的不变质量谱上看到了一个阈值增强的共振结构。分析得到此结构的质量为3956±5±10MeV，宽度为43±13±8MeV，量子数JPC=0++，被命名为X（3960）。投稿：@ZaiHuaBot频道：@TestFlightCN

钻石的陨落：量子世界有了下一种顶级材料

钻石的陨落：量子世界有了下一种顶级材料然而，这种量子领域的巨无霸却有一个弱点。它实在是太大了，钻石在研究量子传感器和数据处理时也存在不足。当钻石变得太小时，其闻名遐迩的超稳定缺陷就会开始崩溃，不仅如此，体积上还有一个极限，在这个极限上，钻石会变得毫无用处。六方氮化硼可以解决这一问题。作为量子传感器和量子信息处理平台，六方氮化硼以前一直被忽视。最近，人们发现了一些新的缺陷，它们正逐渐成为金刚石氮空位中心的有力竞争者，从而改变了这一现状。其中，硼空位中心（hBN晶格中的一个缺失原子）是迄今为止最有前途的缺陷。TMOS用于研究六方氮化硼中硼空位缺陷的实验装置。资料来源：TMOS，ARC变革性元光学系统卓越中心然而，它可以以各种电荷状态存在，只有-1电荷状态适合基于自旋的应用。到目前为止，其他电荷状态的探测和研究还很困难。这是一个问题，因为电荷状态会闪烁，在-1和0状态之间切换，使其不稳定，尤其是在量子设备和传感器的典型环境类型中。但正如发表在《纳米快报》（NanoLetters）上的一篇论文所概述的那样，ARC变革性元光学系统卓越中心（TMOS）的研究人员开发出了一种稳定-1状态的方法，以及一种利用光激发和电子束同时照射来研究六方氮化硼缺陷电荷状态的新实验方法。主要作者AngusGale和DominicScognamiglio在他们的研究实验室。图片来源：TMOS、ARC变革性元光学系统卓越中心共同第一作者安格斯-盖尔（AngusGale）说："这项研究表明，六方氮化硼有可能取代金刚石，成为量子传感和量子信息处理的首选材料，因为我们可以稳定支撑这些应用的原子缺陷，从而产生二维六方氮化硼层，将其集成到金刚石无法集成的设备中。共同第一作者DominicScognamiglio说："我们已经对这种材料进行了表征，并发现了其独特且非常酷的特性，但对hBN的研究还处于早期阶段。目前还没有其他关于硼空位的电荷状态切换、操纵或稳定性的出版物，这就是为什么我们要迈出第一步，填补这一文献空白，更好地了解这种材料。"首席研究员米洛斯-托特（MilosToth）说："这项研究的下一阶段将侧重于泵探测量，这将使我们能够优化hBN中的缺陷，以便应用于传感和集成量子光子学。"量子传感是一个快速发展的领域。与传统传感器相比，量子传感器具有更高的灵敏度和空间分辨率。在量子传感的众多应用中，对于工业4.0和设备的进一步微型化而言，最关键的应用之一是精确感测微电子设备中的温度以及电场和磁场。能够感知这些因素是控制它们的关键。目前，热管理是限制进一步提高微型设备性能的因素之一。纳米级精确量子传感将有助于防止微芯片过热，提高性能和可靠性。量子传感在医疗技术领域也有重要应用，其探测磁性纳米粒子和分子的能力有朝一日可用作搜索癌细胞的注射诊断工具，或监测细胞内的新陈代谢过程，以跟踪医学治疗的影响。为了研究六方氮化硼中的硼空位缺陷，TMOS团队创建了一种新的实验装置，将共聚焦光致发光显微镜与扫描电子显微镜（SEM）集成在一起。这使他们能够在测量缺陷的同时，用电子束和电子微电路同时操纵硼空位缺陷的电荷状态。盖尔说："这种方法的新颖之处在于，它使我们能够将激光聚焦到六方氮化硼中的单个缺陷上并对其进行成像，同时利用电子电路和电子束对其进行操纵。对显微镜的这种改装是独一无二的；它非常有用，大大简化了我们的工作流程。"...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1378869.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1378869.htm

二维量子冻结：纳米粒子在两个运动维度上被冷却到量子基态

二维量子冻结：纳米粒子在两个运动维度上被冷却到量子基态物理学家正在研究真空中被激光捕获的玻璃纳米粒子，以探索量子世界的极限并确定经典物理学何时不再适用。这是ERC-Synergy项目Q-Xtreme的一部分，其中一个团队正在努力通过尽可能减少纳米粒子运动中储存的能量来实现量子基态。由LukasNovotny（苏黎世联邦理工学院）、MarkusAspelmeyer（维也纳大学）、OriolRomero-Isart（因斯布鲁克大学）和RomainQuidant（苏黎世）组成的团队正试图在ERC-Synergy项目Q-Xtreme中回答这一问题。实现这一目标的一个关键步骤是尽可能地减少纳米粒子运动中储存的能量，即把粒子冷却到所谓的量子基态。对运动的所有维度进行控制Q-Xtreme团队在纳米粒子的基态冷却方面已经合作了很长时间。在苏黎世和维也纳的几次实验中，在Gonzalez-Ballestero博士和因斯布鲁克大学的Romero-Isart教授的理论计算支持下，通过使用电子控制（主动反馈）抑制粒子运动或将粒子置于两个镜子之间（基于空腔的冷却），首次展示了纳米粒子的这种基态冷却。到目前为止，在实验中，只沿粒子运动的三个方向中的一个方向实现了基态，而沿另外两个方向的运动则是"热"的。带有实验装置的真空室将粒子悬浮在一个空腔内。腔体由两面镜子组成，镜子上有涂层，对红外光有极强的反射性。中间的圆柱形部分在其顶端有一个透镜，将红外激光聚焦到粒子被困住的地方。资料来源：JohannesPiotrowski奥地利科学院量子光学和量子信息研究所和因斯布鲁克大学理论物理系的冈萨雷斯-巴列斯特罗强调说："沿着一个以上的方向实现基态冷却是探索新型量子物理学的关键。但到目前为止，这一成就仍然难以实现，因为要使粒子位于其间的镜子与沿三个方向的某些运动有效地相互作用，这是一个挑战。所谓的"暗模效应"阻止了冷却到完全基态。"以不同的频率来实现目标现在，苏黎世联邦理工学院光子学实验室的研究首次成功实现了纳米粒子沿两个运动方向的基态冷却。一个比沙粒小约一千倍的玻璃球在高真空中与环境完全隔离，并由一束强聚焦的激光束照射，同时被冷却到接近绝对零度。基于因斯布鲁克团队的理论预测，瑞士物理学家们能够规避暗态问题。苏黎世联邦理工学院的LukasNovotny说："为了做到这一点，我们设计了粒子在两个方向振荡的不同频率，并仔细调整了激光的偏振。"这项发表在《自然-物理学》上的工作表明，有可能达到三个运动方向的最小能量状态。它还允许在两个方向上创建脆弱的量子态，这可用于创建超灵敏的陀螺仪和传感器。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1348059.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1348059.htm

天然双层石墨烯内发现新奇量子效应

天然双层石墨烯内发现新奇量子效应由德国哥廷根大学领导的一个国际研究团队在最新一期《自然》杂志上发表论文称，他们在对天然双层石墨烯开展的高精度研究中，发现了新奇的量子效应，并从理论上对其进行了解释。这一系统制备简单，为载荷子和不同相之间的相互作用提供了新见解，有助于理解所涉及的过程，促进量子计算机的发展。2004年，两位英国科学家用一种非常简单的实验方法从石墨中剥离出石墨片，并借助特殊胶带得到仅由一层碳原子构成的石墨烯。石墨烯是强度最高的材料之一，具有很好的韧性、超强导热性与导电性，应用前景十分广阔。如果将两层石墨烯彼此以特定的角度偏转，所得到的系统甚至会表现出超导性和其他激发量子效应，如磁性。但迄今为止，很难制备出这种偏转的双层石墨烯。在最新研究中，科学家们使用了天然形成的双层石墨烯。他们首先使用简单的胶带从一块石墨中分离出石墨烯样品。为观察量子力学效应，施加了垂直于样品的高电场。他们发现，所得到系统的电子结构发生了变化，且拥有类似能量的电荷载流子出现强烈的累积效应。研究进一步发现，在略高于绝对零度（-273.15℃）下，石墨烯中的电子可相互作用，出现了各种意想不到且复杂的量子相。如相互作用导致电子自旋对齐，使材料在没有施加外部影响的情况下具有磁性。通过改变电场，研究人员也能不断改变双层石墨烯中载流子相互作用的强度。此外，电子运动的自由度在特定条件下会受限，形成电子晶格，且由于相互排斥作用，不再有助于传输电荷，导致系统对电绝缘。哥廷根大学物理系托马斯·韦茨教授表示，新系统的主要优势之一在于材料制备非常简单，研究人员不需要像以前那样在高温下才能获得所需结果，可用于进一步研究各种量子态及量子计算机等。PC版：https://www.cnbeta.com/articles/soft/1305337.htm手机版：https://m.cnbeta.com/view/1305337.htm

科学家用纠缠电子构成的准粒子制造人造量子磁体

科学家用纠缠电子构成的准粒子制造人造量子磁体艺术插图描绘了钴-酞菁分子的磁激发，其中纠缠的电子传播成三重子。资料来源：JoseLado/AaltoUniversity"这些材料非常复杂。它们能提供非常令人兴奋的物理学，但最奇特的材料也很难找到和研究。"阿尔托大学原子尺度物理学研究小组组长彼得-利尔耶罗斯教授说："因此，我们正在尝试一种不同的方法，利用单个成分构建人工材料。量子材料受微观层面电子间相互作用的支配。这些电子关联导致了不寻常的现象，如高温超导或复杂磁态，而量子关联又产生了新的电子态。在两个电子的情况下，存在两种纠缠态，即单重态和三重态。向电子系统提供能量可以将其从单重态激发到三重态。在某些情况下，这种激发会以一种称为三重态（triplon）的纠缠波在材料中传播。传统磁性材料中不存在这种激发，因此测量这种激发一直是量子材料领域的一项挑战。在这项新研究中，研究小组利用小型有机分子创造了一种具有不同寻常磁性能的人工量子材料。实验中使用的每个钴-酞菁分子都含有两个前沿电子。德罗斯特说："利用非常简单的分子构件，我们能够以一种前所未有的方式设计和探测这种复杂的量子磁体，揭示其独立部分所不具备的现象。虽然人们早已利用扫描隧道光谱法观测到了孤立原子中的磁激发，但还从未利用传播的三重子完成过这一观测。我们利用这些分子把电子捆绑在一起，把它们装进一个狭小的空间，迫使它们相互作用，从外部观察这样的分子，我们会看到两个电子的联合物理学。因为我们的基本构件现在包含两个电子，而不是一个，所以我们看到的是一种非常不同的物理学。"研究小组首先监测了单个钴-酞菁分子的磁激发，随后监测了分子链和分子岛等较大结构的磁激发。研究人员希望通过从非常简单的现象入手，逐步提高复杂性，从而了解量子材料中的突现行为。在目前的研究中，研究小组可以证明，其构建模块的单三重激发可以作为被称为三重子的奇异磁性准粒子穿越分子网络。"我们的研究表明，我们可以在人造材料中产生奇异的量子磁激发。"这项研究的共同作者之一、阿尔托大学相关量子材料研究小组负责人何塞-拉多（JoseLado）助理教授说："这一策略表明，我们可以合理地设计材料平台，为量子技术开辟新的可能性。"研究小组计划将他们的研究方法扩展到更复杂的构件，以设计量子材料中其他奇异的磁激发和有序化。从简单成分出发进行合理设计，不仅有助于理解相关电子系统的复杂物理，还能为设计量子材料建立新的平台。...PC版：https://www.cnbeta.com.tw/articles/soft/1379219.htm手机版：https://m.cnbeta.com.tw/view/1379219.htm