量子尺度守恒定律获验证

原标题：量子尺度守恒定律获(huò)验证

展示单个绿色(lǜsè)光子(guāngzi)分裂为两个红色光子的过程（示意图）。图片来源：芬兰坦佩雷大学

来自芬兰坦佩雷大学及德国、印度的(de)科学家(kēxuéjiā)通过实验证实：当单个光子“分裂”为一对光子时，其轨道角动量保持守恒。这项突破性研究首次在量子(liàngzǐ)尺度验证了物理学核心要义之一——守恒定律，为开发应用于计算、通信和(hé)传感领域(lǐngyù)的复杂量子态提供了全新思路。相关成果发表于新一期《物理评论快报》杂志。

守恒定律是自然科学的基石(jīshí)，它界定了物理过程中“可行”与“禁行(jìnxíng)”的边界。就像台球碰撞(pèngzhuàng)时，运动(yùndòng)线性动量会在球体间传递，旋转物体则遵循角动量守恒定律。光同样具有角动量特性，特别是与光的空间结构相关的轨道角动量。

在(zài)量子世界，每个光子都携带明确的轨道角动量。根据守恒定律(shǒuhéngdìnglǜ)，这种特性在光与物质相互作用(xiānghùzuòyòng)时必须守恒，即初始轨道角动量为零的光子分裂后，两个新生(xīnshēng)光子的轨道角动量之和必须归零。这意味着若其(qí)中一个光子具有特定轨道角动量，其伴生(bànshēng)光子必然呈现相反量值。虽然传统激光实验已多次验证角动量守恒定律，但针对单个光子的验证尚属首次。

研究团队创新性地探究了单个光子裂变为光子对时，轨道角动量守恒是否(shìfǒu)依然成立(chénglì)。实验最终证实，这一定律在(zài)量子极限条件下依然有效。

实验面临一个巨大技术挑战——每十亿个光子中仅(zhōngjǐn)有一个会分裂，找到它无异于(wúyìyú)大海捞针。研究团队凭借超稳定光学装置、极低(jídī)背景噪声、高效探测系统以及持之以恒的观测，最终捕捉到足以证实光的角动量守恒定律的关键数据(shùjù)。

除验证守恒定律外，研究团队还首次(shǒucì)观测到光子对的量子纠缠现象。这表明该技术有望拓展(tuòzhǎn)至更复杂量子态(liàngzǐtài)的制备，实现光子间的空间、时间、偏振等多维度的全面纠缠。

研究团队强调，这项成果具有理论价值，他们计划提升系统效率，优化(yōuhuà)测量方案，并探索多光子量子态(liàngzǐtài)在基础研究和量子通信网络中(zhōng)的应用前景。（记者刘霞）