鬼魅般的物理世界：7個發現

從奇異的反物質到把光扭成結的實驗，物理學揭示我們世界鬼魅般的另一面。這裡是7個振奮人心的發現。

【鬼魅般的量子糾纏】

John Jost and Jason Amini, 由兩對被捕獲的離子所組成的兩個糾纏機械振蕩器的藝術表現。箭頭表示為兩對離子的內部狀態。這兩個機械振蕩器間的迷霧表示為糾纏。

量子力學中最奇怪的一個預言之一是，當兩個粒子分別放置在空間中相距很遠的兩個空間點，一個粒子的行為將會影響另一個粒子。當一個粒子被操作（如量子測量）而狀態發生變化，另一顆也會立即發生相應的狀態變化。愛因斯坦稱量子糾纏為「鬼魅般的超距作用」。

2009年六月科學家宣布，他們在一種新類型的系統中測量到了糾纏作用——兩個分離振動離子對。早先的實驗已經糾纏進粒子的內部屬性，如自旋態，但是這次是科學家第一次糾纏運動中的粒子模式，這是一個類似於較大的、日常世界的系統。

【夸克-膠子湯】

在《置身於世界頂級物理實驗室是何等感受》一文中我們已經看到了布魯克海文相對論重離子對撞機（Brookhaven"s Relativistic Heavy Ion Collide），就在2010年2月，科學家們宣布他們在該實驗室成功製成了「夸克-膠子湯」。利用金原子在這個對撞機里進行極其猛烈的撞擊，才能達到製成夸克和膠子所需的溫度——大約7萬億華氏度（4萬億攝氏度）。這些溫度比太陽的中心還熱25萬倍，跟宇宙剛誕生後出現的高溫環境非常類似。

RHIC，計算機模擬的實驗過程，從左上順時針開始分別是：夸克和膠子；準備對撞的金離子；對撞後；夸克-膠子湯。

在如此高溫下中子和質子才能被分解成夸克和膠子。夸克-膠子湯被認為在大爆炸後的幾微秒充滿宇宙。在那之後物質冷卻並凝結成質子和中子，從而構成了我們今天的世界。此項研究將對物質的基本結構和宇宙早期的歷史有更深入的了解。

【新反物質粒子】

RHIC，在STAR探測器中一個典型的事件，包括一個反超氚候選的產生和衰變，黑色虛線表示反超氚的軌跡，不能被直接測量。紅藍線表示一個反氦3原子核和一個π+介子的衰變道，可以被直接測量。

通過粉碎在原子加速器內部接近光速運動的粒子，科學家在布魯克海文相對論重離子對撞機（RHIC）上創建了一個從未見過的物質類型：反超氚（anti-hypertriton）。反超氚意為一個反氫原子的原子核包含一個反質子和一個反中子加上一個相對較重的反中子——反Λ超子。

這種粒子在許多方面都很怪異。首先，它不是普通的物質，而是它可怕的對立面——反物質。每當它與普通質量接觸，便會發生湮滅。其次，反超氚是一種新的「奇異」粒子，意味著它的基本構件包含一個罕見的奇異夸克，這是組成普通原子中的質子和中子所沒有的。

RHIC，Z軸表示質子數，N軸表示中子數，S軸表示奇異度，所有的反原子核都表示在Z和N的負軸方向，新發現的反原子核擴展了3D圖到奇異反物質。

超核的產生或將幫助科學家更好的理解中子星的構造。這是因為在中子星里的奇異物質含量的性質和大小取決於超子（hyperons）和核子（中子和質子）相互作用的強度，而該強度可以通過測量超核壽命計算出。

【粒子三連環】

Wikipedia，博羅梅安戒指，一個可以追溯回二世紀的符號，利用鋰原子重新創建。

利用鋰原子，科學家重建博羅梅安戒指（Borromean rings）——一個古老的數學符號，被視作二世紀阿富汗的佛教藝術符號。博羅梅安戒指描繪了聯在一起的3個圓環，沒有哪個圓環能從中取出來。但是仔細觀察你會發現，每兩個圓環之間都並沒有直接套在一起！如果把其中任意兩個圓環真的套在一起，那麼第三個圓環就會自動脫落掉。或者如果其中熱河一個被拆除，他們都會分開。

物理學家預言，粒子間應該可以構成同樣的三連環排列。但是至今未能實現。他們於2009年12月宣布，該預言要在40年後才能最後實現。

【光彎曲物質】

Nicholas Kotov, 經過72小時暴露於環境光，多股納米粒子扭曲和捆綁在一起。

是的，你沒聽錯！我們都知道物質使光線彎曲是件很容易的事，比如光線透過稜鏡就能彎曲，但反過來，能使物質彎曲的光卻是前所未聞。直到科學家在2010年2月的一個實驗報道中才看到該現象。

研究人員在漆黑的實驗室里聚集了細小到只有一米的十億分之一個的納米粒子，並將這些納米粒子跟一個帶子連接。一開始這些納米帶子是扁平，但是當這些扁平帶子暴露於光線下，它們就會被光捲曲成螺旋狀。研究人員表示，該螺旋結構對光學非常重要，或有助於工程師設計新型的光學和電子產品。

【懸浮磁鐵：核聚變必備條件】

LDX Team，磁浮偶極實驗（LDX）反應器安裝在MIT校園內一幢建築物的16英尺直徑鋼鐵結構裡面。

核聚變是發生在恆星內部的原子核融合，也是太陽發光的原理。如果科學家能夠在地球上實現核聚變，就可以為地球能源提供長遠的解決方法。相比現有的以裂變為主的核電站，核聚變能源站可以產生更少的放射性廢料。

科學家在2010年1月向這個目標又邁進了一步，他們宣布他們建成了一個被認為是核聚變必要條件的懸浮磁鐵。通過懸掛在半空中的一個巨大環形磁鐵，研究人員得以控制包含在磁鐵外室的帶電粒子極熱氣體的運動。這種氣體的密度接近核聚變所需的數值。

【光線的結】

Mark Dennis，利用一個特別設計的全息圖（用彩色圓圈表示）的激光光束的反射，物學家製作了暗絲結（用彩色扭結表示）。

光可能看起來都是沿直線傳播的，但有時也可被扭成結。研究人員在2010年1月的報告中說，用一個計算機控制的全息圖像來扭曲激光光束，使它成為椒鹽卷餅式的形狀。用來導引光線的全息圖是專門創建來傳送特定方向和形狀的光線。

研究人員使用一種稱為「扭結理論」的數學工具來研究產生的以環為結的光線。物理學家宣稱這些光線漩渦可能對未來的激光設備有一定的影響。

文：Clara Moskowitz / 意譯：原理

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