神秘的量子现象让我们窥视原子的心脏：

在宇宙中每个原子的中心静静地搅动着一股旋转的粒子风，这是物理学渴望了解的。

没有任何探测器、显微镜和 X 光机可以制造量子齿轮在原子内部呼啸而过的混沌模糊感，让物理学家根据粒子对撞机内部高速碰撞的碎片尽可能地建立理论。

研究人员现在有了一个新工具，该工具已经可用让他们得以一窥构成原子核的质子和中子，这是基于金原子高速擦过彼此时产生的粒子纠缠。

使用强大的相对论重离子对撞机(RHIC) 在美国能源部布鲁克海文国家实验室，科学家们展示了如何使用一种在实验中从未见过的量子干涉来收集有关黄金质子和中子排列的精确细节。

“这种技术类似于 w“许多医生使用正电子发射断层扫描（PET 扫描）来查看大脑和其他身体部位内部发生的情况，”物理学家 James Daniel Brandenburg 说，他以前是布鲁克海文的研究员，现在是 STAR 合作的成员。

但在这种情况下，我们讨论的是在飞米级（十亿分之一米）的尺度上绘制出单个质子大小的特征。”

用教科书的术语来说，质子的解剖结构可以是被描述为称为夸克的基本构件的三重奏，通过交换一种称为胶子的载力粒子结合在一起。

如果我们放大并亲眼观察这种合作，我们将看不到任何如此整洁的东西. 粒子和反粒子在统计疯狂的沸腾泡沫中突然出现和消失，其中粒子分布规则根本不一致。

限制夸克和胶子的运动和动量需要一些聪明的东西思考，但确凿的证据是物理学家

不幸的是，简单地将光照射到质子上并不能得到其运动部件的快照。光子和胶子遵循截然不同的规则，这意味着它们实际上彼此不可见。

然而，存在一个漏洞。在充满能量的情况下，光波偶尔会搅动处于存在边缘的粒子对，然后再次消失，其中包括夸克和反夸克。

如果这种自发出现发生在原子的听力范围内原子核中，对立夸克的闹腾闪烁可能与胶子的旋转齐射混合，并暂时形成一个称为 rho 粒子的团聚体，它在几分之一秒内分裂成一对称为介子的带电粒子。

这些对由一个由上夸克和一个下反夸克组成的正π介子和一个由一个下夸克和一个上反夸克组成的负π介子组成。

追踪以这种方式形成的π介子的路径和性质可能会告诉我们关于它诞生的马蜂窝的一些事情。

几年前，RHIC 的研究人员发现可以使用高速移动的金原子周围的电磁场作为光子源。

p>

“在早期的工作中，我们证明了这些光子是极化的，它们的电场从离子中心向外辐射，”Brookhaven 物理学家 Zhangbu Xu 说。

“现在我们使用这种工具，即偏振光，可以有效地对高能原子核成像。”

当两个金原子在相反方向环绕对撞机时勉强避免碰撞，穿过每个原子核的光子可以产生一个 rho 粒子，并因此产生一对带电的介子。

物理学家测量了从经过的金原子核中弹出的介子，并表明它们确实带有相反的电荷。对粒子群的波状特性的分析显示了可以追溯到

在典型的应用和实验量子设置中，在相同种类的粒子之间观察到纠缠：电子与电子、光子与光子以及原子与原子。

p>

在分析本实验中产生的粒子时观察到的干涉模式只能用不同粒子的纠缠来解释——一个带负电的介子和一个带正电的介子。

尽管这远非理论上的异常现象，但也远非实验室中的日常事件，相当于对涉及不同粒子的纠缠的首次实验观察。

物理学家将纠缠的干涉模式回溯到金核，可以梳理出其胶子分布的二维图像，从而提供对核粒子结构的新见解。

“现在我们可以拍摄一张照片，真正区分胶子的密度在给定的角度和半径下，”Brandenburg 说。

“这些图像非常精确，我们甚至可以开始看到这些大原子核内质子的位置和中子的位置之间的差异。 “

这项研究发表在《科学进展》上。