质子揭示了最大纠缠的普遍现象

当高能光子撞击质子时，次级粒子会发散，表明质子内部处于最大程度的纠缠。克拉科夫波兰科学院核物理研究所参与的一个国际物理学家团队刚刚证明，即使在波默子参与碰撞的情况下，质子中也存在最大程度的纠缠。

十八个月前，研究表明质子内部的不同部分必须彼此最大限度地量子纠缠。这一成果是在克拉科夫波兰科学院核物理研究所 (IFJ PAN) 的 Krzysztof Kutak 教授和墨西哥普埃布拉美洲大学的 Martin Hentschinski 教授的参与下取得的，是综合考虑的结果以及对高能光子与质子中的夸克和胶子碰撞的观察，并支持了迪米特里·哈尔泽夫(Dimitri Kharzeev)教授和尤金·莱文(Eugene Levin)教授几年前提出的假设。

现在，在《物理评论快报》杂志上发表的一篇论文中，一个国际物理学家团队对光子和质子之间的碰撞纠缠进行了补充分析，其中二次粒子(强子)是通过称为衍射深度非弹性散射的过程产生的。主要问题是：在这些情况下，夸克和胶子之间是否也会发生纠缠?如果是，纠缠是否也是最大的?

简而言之，当各种量子物体的某些特征的值相关时，物理学家就谈到了这些物体之间的纠缠。量子纠缠在经典世界中并未被观察到，但其本质很容易通过抛两枚硬币来解释。每枚硬币都有两个面，当它落下时，它可以以相同的概率取两个互斥值(正面或反面)之一。

如果同时抛掷两枚硬币时，我们总是只获得两个不同的结果(正面和反面)或两个相同的结果(两个正面或两个反面)，那么我们将处理量子纠缠的模拟。在这里，纠缠将是最大的，因为没有任何价值会受到青睐——一枚硬币处于正面或反面状态的概率仍然是 50%。如果纠缠不是最大的，情况就会有所不同。

我们并不总是观察到相同的两种组合，但有时也会观察到另一种组合。

“在核物理学中，在观察实验数据时可以看到最大纠缠态的存在;我们知道……我们一无所知。在电子与质子的某些碰撞中，称为深度非弹性散射，质子完全破裂，并产生许多受到强相互作用的粒子，即所谓的强子。每当我们无法预测在给定碰撞中会产生多少强子时，我们就会处理质子的最大纠缠态。”库塔克解释道。

早期对质子内部最大纠缠的研究解决了上述情况，其中强子是在电子和质子的深层非弹性散射中产生的。这种反应在实验中很容易发现，因为它们会导致次级粒子在几乎所有方向上发散(即涉及质子运动主要方向的方向)。

“然而，众所周知，大约每十次碰撞都会发生不同的情况：在碰撞点后面，在某些角度间隔内，根本看不到任何粒子。正是这样的过程，我们称之为衍射或排他产生，它们处于我们当前量子纠缠研究的中心，”库塔克教授补充道。

深层非弹性过程中的产生是光子与质子中的部分子(夸克和胶子)相互作用的结果。在衍射产生的情况下，光子还与质子中的部分子相互作用，但该部分子是称为波默子的更大结构的一部分。

胶子最重要的量子特征是它们的颜色(除了名字之外，它与我们日常生活中所知道的颜色无关)。在探测器中作为碰撞效应观察到的次级粒子是质子中夸克和胶子交换色荷过程的结果。然而，胶子可以形成称为波默子的束缚态，其中颜色相互中和。

当在光子和部分子之间的碰撞期间，事实证明该部分子是波默子的一部分时，碰撞不会产生在探测器覆盖的整个角度范围内发散的强子。相反，一些理论上能够看到相关碰撞阶段产生的粒子的探测器将保持沉默。

国际物理学家团队证明，在涉及波默子的碰撞过程中，质子内部也会产生一种所有粒子都最大程度纠缠的状态。然而，与之前分析的情况的差异是明显的：当涉及波默子时，最大纠缠出现在稍高的能量处。

目前的研究补充了我们之前对光子和质子碰撞过程中事件过程的了解。多亏了它，现在可以说最大纠缠是这些过程中的普遍现象，存在于我们已知的两种二次粒子产生机制中。

“我们的结果不仅具有理论意义，而且具有实际意义。事实上，更深入地了解质子内部如何形成最大纠缠态将有助于更好地解释未来粒子对撞机(例如电子离子对撞机)的结果。”库塔克教授总结道

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