质子很复杂。亚原子粒子本身由更小的夸克和胶子组成。现在，来自大型强子对撞机的数据暗示，质子的各种成分并非是独立的。4月26日，三位物理学家在arXiv.org上发表论文称，它们被量子纠缠束缚到一起。

以前的各种实验里，我们在比质子大得多的尺度观察到过量子纠缠态。

在量子力学里，当几个粒子在彼此相互作用后，由于各个粒子所拥有的特性已综合成为整体性质，无法单独描述各个粒子的性质，只能描述整体系统的性质，则称这现象为量子缠结或量子纠缠(quantum entanglement)。量子纠缠是一种纯粹发生于量子系统的现象；在经典力学里，找不到类似的现象。——百科

在实验中，2个纠缠粒子似乎能够瞬间“交换”信息，即使彼此的距离达数千公里。虽然科学家们怀疑质子内部存在量子纠缠现象，但是一直未能通过实验证明，质子直径大约是万亿分之一毫米。

新研究中，团队分析了质子碰撞的数据——大量质子在日内瓦的大型强子对撞机上被加速并猛烈撞击彼此。利用CMS实验的数据，研究人员计算出质子内纠缠产生的熵。熵是一种属性，用来衡量无序的程度。

如果质子内存在纠缠，那么这些联系将会产生额外的熵。可以通过计算每次碰撞所产生的粒子数目来指代这部分熵。研究人员发现，结果与质子内部纠缠理论所给出的预言相符。现在论文正等待同行评审。

德国海德堡大学的理论物理学家Stefan Floerchinger认为，证据还不够显著。他没有参与这项研究。

为了最终确认，需要进行严格的实验以排除其他可能的解释。相反，他说，新研究“更像是一个开门人”，打开了新的领域，可以澄清质子内部的物理结构。

我们希望未来可以解答这个问题：为什么夸克只能存在于更大的粒子中，而从未有人观察到独立存在的夸克。纽约石溪大学的理论物理学家Dmitri Kharzeev说，这种限制是“纠缠的最终例证”。夸克“是不自由的”，并且总是与同伴纠缠在一起。

尽管夸克禁闭现象是众所周知的，但始终缺少基本的数学解释。

本文译自 sciencenews，由 majer 编辑发布。

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